本文主要是關(guān)于CAN總線的相關(guān)介紹，并著重對(duì)CAN接120歐姆終端電阻的原因進(jìn)行了詳盡的闡述。

　　CAN總線

　　CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡(jiǎn)稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。

　　CAN總線是德國(guó)BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率最高可達(dá)1Mbps。

　　完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理

　　CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。

　　使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制

　　CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

　　可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信

　　CAN總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測(cè)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

　　只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測(cè)和管理模塊。

　　傳輸距離和速率

　　CAN總線特點(diǎn)：（1） 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向任何其他（一個(gè)或多個(gè)）節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級(jí)先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)信息在134μs通信; （2） 多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的避讓優(yōu)先級(jí)高的，不會(huì)對(duì)通信線路造成擁塞; （3） 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM（速率低于5Kbps）速率可達(dá)到1Mbps（通信距離小于40M）；（4） CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長(zhǎng)距離小數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)性要求比較高，多主多從或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場(chǎng)中使用。

　　技術(shù)介紹

　　位仲裁

　　要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，就必須將數(shù)據(jù)快速傳送，這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，要求快速地進(jìn)行總線分配。實(shí)時(shí)處理通過網(wǎng)絡(luò)交換的緊急數(shù)據(jù)有較大的不同。一個(gè)快速變化的物理量，如汽車引擎負(fù)載，將比類似汽車引擎溫度這樣相對(duì)變化較慢的物理量更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時(shí)。

　　CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，報(bào)文的優(yōu)先級(jí)結(jié)合在11位標(biāo)識(shí)符中，具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識(shí)符有最高的優(yōu)先級(jí)。這種優(yōu)先級(jí)一旦在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)被確立后就不能再被更改。總線讀取中的沖突可通過位仲裁解決。例如標(biāo)識(shí)符0111111、0100100、0100111發(fā)生位仲裁時(shí)，0100100報(bào)文將會(huì)被跟蹤，而其余報(bào)文會(huì)被丟棄。具體過程為：當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)發(fā)送報(bào)文時(shí)，站1的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為0111111，站2的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為0100110，站3的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為0100111，所有標(biāo)識(shí)符都有相同的兩位01，直到第3位進(jìn)行比較時(shí)，站1的報(bào)文被丟棄，因?yàn)樗牡?位為高，而其它兩個(gè)站的報(bào)文第3位為低。站2和站3報(bào)文的4、5、6位相同，直到第7位時(shí)，站3的報(bào)文才被丟棄。注意，總線中的信號(hào)持續(xù)跟蹤最后獲得總線讀取權(quán)的站的報(bào)文。在此例中，站2的報(bào)文被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪一個(gè)站的報(bào)文被傳送以前，報(bào)文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上傳送了。所有未獲得總線讀取權(quán)的站都成為具有最高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的接收站，并且不會(huì)在總線再次空閑前發(fā)送報(bào)文。

　　CAN具有較高的效率是因?yàn)榭偩€僅僅被那些請(qǐng)求總線懸而未決的站利用，這些請(qǐng)求是根據(jù)報(bào)文在整個(gè)系統(tǒng)中的重要性按順序處理的。這種方法在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榭偩€讀取的優(yōu)先級(jí)已被按順序放在每個(gè)報(bào)文中了，這可以保證在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中較低的個(gè)體隱伏時(shí)間。

　　對(duì)于主站的可靠性，由于CAN協(xié)議執(zhí)行非集中化總線控制，所有主要通信，包括總線讀取 （許可）控制，在系統(tǒng)中分幾次完成。這是實(shí)現(xiàn)有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法。

　　CAN與其它通信方案的比較

　　在實(shí)踐中，有兩種重要的總線分配方法：按時(shí)間表分配和按需要分配。在第一種方法中，不管每個(gè)節(jié)點(diǎn)是否申請(qǐng)總線，都對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)按最大期間分配。由此，總線可被分配給每個(gè)站并且是唯一的站，而不論其是立即進(jìn)行總線存取或在一特定時(shí)間進(jìn)行總線存取。這將保證在總線存取時(shí)有明確的總線分配。在第二種方法中，總線按傳送數(shù)據(jù)的基本要求分配給一個(gè)站，總線系統(tǒng)按站希望的傳送分配（如：EthernetCSMA/CD）。因此，當(dāng)多個(gè)站同時(shí)請(qǐng)求總線存取時(shí)，總線將終止所有站的請(qǐng)求，這時(shí)將不會(huì)有任何一個(gè)站獲得總線分配。為了分配總線，多于一個(gè)總線存取是必要的。

　　CAN實(shí)現(xiàn)總線分配的方法，可保證當(dāng)不同的站申請(qǐng)總線存取時(shí)，明確地進(jìn)行總線分配。這種位仲裁的方法可以解決當(dāng)兩個(gè)站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的碰撞問題。不同于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的消息仲裁，CAN的非破壞性解決總線存取沖突的方法，確保在不傳送有用消息時(shí)總線不被占用。甚至當(dāng)總線在重負(fù)載情況下，以消息內(nèi)容為優(yōu)先的總線存取也被證明是一種有效的系統(tǒng)。雖然總線的傳輸能力不足，所有未解決的傳輸請(qǐng)求都按重要性順序來處理。在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò)中，如Ethernet，系統(tǒng)往往由于過載而崩潰，而這種情況在CAN中不會(huì)發(fā)生。

　　CAN的報(bào)文格式

　　在總線中傳送的報(bào)文，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報(bào)文格式，其唯一的不同是標(biāo)識(shí)符（ID）長(zhǎng)度不同，標(biāo)準(zhǔn)格式為11位，擴(kuò)展格式為29位。

　　在標(biāo)準(zhǔn)格式中，報(bào)文的起始位稱為幀起始（SOF），然后是由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 （RTR）組成的仲裁場(chǎng)。RTR位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請(qǐng)求幀，在請(qǐng)求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。

　　控制場(chǎng)包括標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位（IDE），指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個(gè)保留位 （ro），為將來擴(kuò)展使用。它的最后四個(gè)位用來指明數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（DLC）。數(shù)據(jù)場(chǎng)范圍為0～8個(gè)字節(jié)，其后有一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查（CRC）。

　　應(yīng)答場(chǎng)（ACK）包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平（邏輯1），這時(shí)正確接收?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平（邏輯0）覆蓋它。用這種方法，發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)站能正確接收到報(bào)文。

　　報(bào)文的尾部由幀結(jié)束標(biāo)出。在相鄰的兩條報(bào)文間有一很短的間隔位，如果這時(shí)沒有站進(jìn)行總線存取，總線將處于空閑狀態(tài)。

　　CAN數(shù)據(jù)幀的組成

　　遠(yuǎn)程幀

　　遠(yuǎn)程幀由6個(gè)場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。遠(yuǎn)程幀不存在數(shù)據(jù)場(chǎng)。

　　遠(yuǎn)程幀的RTR位必須是隱位。

　　DLC的數(shù)據(jù)值是獨(dú)立的，它可以是0～8中的任何數(shù)值，為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

　　錯(cuò)誤幀

　　錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同場(chǎng)組成，第一個(gè)場(chǎng)由來自各站的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到，第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符

　　錯(cuò)誤標(biāo)志具有兩種形式：

　　活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（Active error flag），由6個(gè)連續(xù)的顯位組成

　　認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志（Passive error flag），由6個(gè)連續(xù)的隱位組成

　　錯(cuò)誤界定符包括8個(gè)隱位

　　超載幀

　　超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：超載標(biāo)志和超載界定符

　　發(fā)送超載幀的超載條件：

　　要求延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀

　　在間歇場(chǎng)檢測(cè)到顯位

　　超載標(biāo)志由6個(gè)顯位組成

　　超載界定符由8個(gè)隱位組成

　　數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)

　　不同于其它總線，CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實(shí)上，它可以將發(fā)生的任何錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法，其中前三種為基于報(bào)文內(nèi)容檢查。

　　3.4.1循環(huán)冗余檢查（CRC）

　　在一幀報(bào)文中加入冗余檢查位可保證報(bào)文正確。接收站通過CRC可判斷報(bào)文是否有錯(cuò)。

　　3.4.2 幀檢查

　　這種方法通過位場(chǎng)檢查幀的格式和大小來確定報(bào)文的正確性，用于檢查格式上的錯(cuò)誤。

　　3.4.3.應(yīng)答錯(cuò)誤

　　如前所述，被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤，也就是說，ACK場(chǎng)已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文無站接收。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測(cè)錯(cuò)誤。

　　3.4.4 總線檢測(cè)

　　有時(shí)，CAN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)自己發(fā)出的信號(hào)。因此，發(fā)送報(bào)文的站可以觀測(cè)總線電平并探測(cè)發(fā)送位和接收位的差異。

　　3.4.5 位填充

　　一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示，可保證位編碼的最大效率。然而，如果在一幀報(bào)文中有太多相同電平的位，就有可能失去同步。為保證同步，同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個(gè)連續(xù)相等位后，發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位；接收時(shí)，這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如，五個(gè)連續(xù)的低電平位后，CAN自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯(cuò)誤，如果在一幀報(bào)文中有6個(gè)相同位，CAN就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。

　　如果至少有一個(gè)站通過以上方法探測(cè)到 一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤，它將發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志終止當(dāng)前的發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯(cuò)誤的報(bào)文，并保證網(wǎng)絡(luò)上報(bào)文的一致性。當(dāng)大量發(fā)送數(shù)據(jù)被終止后，發(fā)送站會(huì)自動(dòng)地重新發(fā)送數(shù)據(jù)。作為規(guī)則，在探測(cè)到錯(cuò)誤后23個(gè)位周期內(nèi)重新開始發(fā)送。在特殊場(chǎng)合，系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間為31個(gè)位周期。

　　但這種方法存在一個(gè)問題，即一個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤的站將導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)被終止，其中也包括正確的數(shù)據(jù)。因此，如果不采取自監(jiān)測(cè)措施，總線系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。為此，CAN協(xié)議提供一種將偶然錯(cuò)誤從永久錯(cuò)誤和局部站失敗中區(qū)別出來的辦法。這種方法可以通過對(duì)出錯(cuò)站統(tǒng)計(jì)評(píng)估來確定一個(gè)站本身的錯(cuò)誤并進(jìn)入一種不會(huì)對(duì)其它站產(chǎn)生不良影響的運(yùn)行方法來實(shí)現(xiàn)，即站可以通過關(guān)閉自己來阻止正常數(shù)據(jù)因被錯(cuò)誤地當(dāng)成不正確的數(shù)據(jù)而被終止。

　　硬同步和重同步

　　硬同步只有在總線空閑狀態(tài)條件下隱形位到顯性位的跳變沿發(fā)生時(shí)才進(jìn)行，表明報(bào)文傳輸開始。在硬同步之后，位時(shí)間計(jì)數(shù)器隨同步段重新開始計(jì)數(shù)。硬同步強(qiáng)行將已發(fā)生的跳變沿置于重新開始的位時(shí)間同步段內(nèi)。根據(jù)同步規(guī)則，如果某一位時(shí)間內(nèi)已有一個(gè)硬同步出現(xiàn)，該位時(shí)間內(nèi)將不會(huì)發(fā)生再同步。再同步可能導(dǎo)致相位緩沖段1被延長(zhǎng)或相位緩沖段2被短。這兩個(gè)相位緩沖段的延長(zhǎng)時(shí)間或縮短時(shí)間上限由再同步跳轉(zhuǎn)寬度（SJW）給定。

　　可靠性

　　為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯(cuò)誤而對(duì)司機(jī)造成危險(xiǎn)，汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋撸蛘邭埩粝聛淼臄?shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話，這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看，可靠性可以理解為，對(duì)傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的識(shí)別能力。

　　殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的概率可以通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計(jì)測(cè)量獲得。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測(cè)出來的概率。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤概率必須非常小，使其在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi)，按平均統(tǒng)計(jì)時(shí)幾乎檢測(cè)不到。計(jì)算殘余錯(cuò)誤概率要求能夠?qū)?shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行分類，并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定CAN的殘余錯(cuò)誤概率，我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有80～90位的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù)，并假定這個(gè)系統(tǒng)中有5～10個(gè)站，并且錯(cuò)誤率為1/1000，那么最大位錯(cuò)誤概率為10—13數(shù)量級(jí)。例如，CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率最大為1Mbps，如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用50%，那么對(duì)于一個(gè)工作壽命4000小時(shí)、平均報(bào)文長(zhǎng)度為 80位的系統(tǒng)，所傳送的數(shù)據(jù)總量為9×1010。在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi)，不可檢測(cè)的傳輸錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)平均小于10—2量級(jí)。換句話說，一個(gè)系統(tǒng)按每年365天，每天工作8小時(shí)，每秒錯(cuò)誤率為0. 7計(jì)算，那么按統(tǒng)計(jì)平均，每1000年才會(huì)發(fā)生一個(gè)不可檢測(cè)的錯(cuò)誤。

　　應(yīng)用舉例

　　CAN總線在工控領(lǐng)域主要使用低速-容錯(cuò)CAN即ISO11898-3標(biāo)準(zhǔn)，在汽車領(lǐng)域常使用500Kbps的高速CAN。

　　某進(jìn)口車型擁有，車身、舒適、多媒體等多個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，其中車身控制使用CAN網(wǎng)絡(luò)，舒適使用LIN網(wǎng)絡(luò)，多媒體使用MOST網(wǎng)絡(luò)，以CAN網(wǎng)為主網(wǎng)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS等車身安全模塊，并將轉(zhuǎn)速、車速、油溫等共享至全車，實(shí)現(xiàn)汽車智能化控制，如高速時(shí)自動(dòng)鎖閉車門，安全氣囊彈出時(shí)，自動(dòng)開啟車門等功能。

　　CAN系統(tǒng)又分為高速和低速，高速CAN系統(tǒng)采用硬線是動(dòng)力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒適型，速度：125Kbps，主要控制儀表、防盜等。

　　某醫(yī)院現(xiàn)有5臺(tái)16T/H XXXX燃?xì)忮仩t，向洗衣房、制劑室、供應(yīng)室、生活用水、暖氣等設(shè)施提供5kg/cm2的蒸汽，全年耗用天然氣1200萬m3，耗用20萬噸自來水。醫(yī)院采用接力式方式供熱，對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行地域性管理，分四大供熱區(qū)。其中冬季暖氣的用氣量很大，據(jù)此設(shè)計(jì)了基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式鍋爐蒸汽熱網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：該樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)容易，網(wǎng)絡(luò)化程度高，人機(jī)界面友好等特點(diǎn)。

　　CAN接120歐姆終端電阻的原因分析

　　高頻信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)波長(zhǎng)相對(duì)傳輸線較短，信號(hào)在傳輸線終端會(huì)形成反射波，干擾原信號(hào)，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號(hào)到達(dá)傳輸線末端后不反射。對(duì)于低頻信號(hào)則不用?CAN總線兩端必須連接終端電阻才可以正常工作，終端電阻應(yīng)該與通訊電纜的阻抗相同，典型值為120歐姆。其作用是匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠行。??

　　1.?終端電阻的作用就是吸收信號(hào)反射及回波，而產(chǎn)生信號(hào)反射的最大來源便是阻抗不連續(xù)以及不匹配。?

　　2.?如果是加在單獨(dú)的兩根線上，相當(dāng)于一個(gè)開環(huán)的狀態(tài)，根據(jù)產(chǎn)生信號(hào)反射的來源，也就是說這種連接方式會(huì)導(dǎo)致單線上阻抗更加不連續(xù)，在末端突然變?yōu)?，會(huì)導(dǎo)致反射成倍增加。?高速CAN所加的兩個(gè)120歐的電阻實(shí)際上模擬的是線束連接無窮遠(yuǎn)的時(shí)候在傳輸線上產(chǎn)生的特性阻抗（而不是實(shí)際阻抗），這是個(gè)典型經(jīng)驗(yàn)值，具體值取決于所采用的線束類型。?以上如仍有不明之處，請(qǐng)簡(jiǎn)單查閱下傳輸線理論和信號(hào)反射相關(guān)的知識(shí)。?

　　CAN低速之所以不加終端電阻，是因?yàn)椴煌念l率時(shí)，同樣的連接方式所產(chǎn)生的信號(hào)反射和回波差異很大，頻率越高，反射和回波越強(qiáng)烈。另外不同的頻率下，傳輸線的特性阻抗是不同的。??

　　3.?在ISO-11898-2：2003第4頁第一段中大致有這么一句話：“當(dāng)一個(gè)顯性位發(fā)送到至少包含一個(gè)CAN驅(qū)動(dòng)處于開啟狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，意味著有電流經(jīng)過終端電阻，因此，CAN_H和CAN_L具有了不同的電壓值。”，也就是說，在顯性狀態(tài)時(shí)，終端電阻會(huì)穩(wěn)定并增強(qiáng)差分電壓，當(dāng)去掉一個(gè)或兩個(gè)終端，通過示波器可以明顯看到一是信號(hào)不穩(wěn)，二是差分電壓會(huì)有變化，缺少終端或沒有終端電阻時(shí)所測(cè)到的電壓我認(rèn)為是單純由CAN驅(qū)動(dòng)器所產(chǎn)生的，離發(fā)送端越遠(yuǎn)，電壓差異越大。

　　淺談CAN總線協(xié)議

　　控制器局域網(wǎng)CAN（ Controller Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。是由德國(guó)博世公司在20世紀(jì)80年代專門為汽車行業(yè)開發(fā)的一種串行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)而越來越受到人們的重視，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能和應(yīng)用范圍，從位速率最高可達(dá)1Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)到低成本多線路的50Kbps網(wǎng)絡(luò)都可以任意搭配。因此，CAN己經(jīng)在汽車業(yè)、航空業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

　　隨著CAN總線在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)其的通信格式標(biāo)準(zhǔn)化也提出了更嚴(yán)格的要求。1991年CAN總線技術(shù)規(guī)范（Version2.0）制定并發(fā)布。該技術(shù)規(guī)范共包括A和B兩個(gè)部分。其中2.0A給出了CAN報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式，而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。美國(guó)的汽車工程學(xué)會(huì)SAE在2000年提出了J1939協(xié)議，此后該協(xié)議成為了貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線技術(shù)也在不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的CAN是基于事件觸發(fā)的，信息傳輸時(shí)間的不確定性和優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)是它固有的缺陷。當(dāng)總線上傳輸消息密度較小時(shí)，這些缺陷對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性影響較小；但隨著在總線上傳輸消息密度的增加，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能會(huì)急劇下降。為了滿足汽車控制對(duì)實(shí)時(shí)性和傳輸消息密度不斷增長(zhǎng)的需要，改善CAN總線的實(shí)時(shí)性能非常必要。于是，傳統(tǒng)CAN與時(shí)間觸發(fā)機(jī)制相結(jié)合產(chǎn)生了TTCAN（Time-Triggered CAN），ISO11898-4己包含了TTCAN。 TTCAN總線和傳統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)的區(qū)別是：總線上不同的消息定義了不同的時(shí)間槽（Timer Slot）。

　　相關(guān)組織

　　依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/開放系統(tǒng)互連（International Standardi-zation Organization/Open SystemInterconnection，ISO/OSI）參考模型，CAN的ISO/OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)。

　　概念和特征

　　CAN總線的工作原理

　　CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。 ［1］ CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

　　當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進(jìn)一些新站而無需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。

　　CAN總線特征

　　（1）報(bào)文（Message）總線上的數(shù)據(jù)以不同報(bào)文格式發(fā)送，但長(zhǎng)度受到限制。當(dāng)總線空閑時(shí)，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送報(bào)文。

　　（2）信息路由（Information Routing）在CAN中，節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報(bào)文，比如站地址，由接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，不用對(duì)應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點(diǎn)。

　　（3）標(biāo)識(shí)符（Identifier） 要傳送的報(bào)文有特征標(biāo)識(shí)符（是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的一個(gè)域），它給出的不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，而是這個(gè)報(bào)文本身的特征。信息以廣播方式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，所有節(jié)點(diǎn)都可以接收到。節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)識(shí)符判定是否接收這幀信息。

　　（4）數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報(bào)文在CAN里同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)接收或同時(shí)不接收，這是配合錯(cuò)誤處理和再同步功能實(shí)現(xiàn)的。

　　（5）位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同，但在一個(gè)給定的系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。

　　（6）優(yōu)先權(quán) 由發(fā)送數(shù)據(jù)的報(bào)文中的標(biāo)識(shí)符決定報(bào)文占用總線的優(yōu)先權(quán)。標(biāo)識(shí)符越小，優(yōu)先權(quán)越高。

　　（7）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求（Remote Data Request） 通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。回應(yīng)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)幀與請(qǐng)求數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程幀由相同的標(biāo)識(shí)符命名。

　　（8）仲裁（Arbitration） 只要總線空閑，任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送報(bào)文。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文，就會(huì)引起總線訪問碰撞。通過使用標(biāo)識(shí)符的逐位仲裁可以解決這個(gè)碰撞。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。在仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送的是“隱性”電平而監(jiān)視到的是“顯性”電平，那么這個(gè)單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。

　　（9）總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個(gè)狀態(tài)，“顯性”對(duì)應(yīng)邏輯“0”，“隱性”對(duì)應(yīng)邏輯“1”。“顯性”狀態(tài)和“隱性”狀態(tài)與為“顯性”狀態(tài)，所以兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)分別發(fā)送“0”和“1”時(shí)，總線上呈現(xiàn)“0”。CAN總線采用二進(jìn)制不歸零（NRZ）編碼方式，所以總線上不是“0”，就是“1”。但是CAN協(xié)議并沒有具體定義這兩種狀態(tài)的具體實(shí)現(xiàn)方式。

　　（10）故障界定（Confinement） CAN節(jié)點(diǎn)能區(qū)分瞬時(shí)擾動(dòng)引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉。

　　（11）應(yīng)答接收節(jié)點(diǎn)對(duì)正確接收的報(bào)文給出應(yīng)答，對(duì)不一致報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記。

　　（12）CAN通訊距離最大是10公里（設(shè)速率為5Kbps），或最大通信速率為1Mbps（設(shè)通信距離為40米）。

　　（13）CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。通信介質(zhì)可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。

　　（14）報(bào)文是短幀結(jié)構(gòu)，短的傳送時(shí)間使其受干擾概率低，CAN有很好的校驗(yàn)機(jī)制，這些都保證了CAN通信的可靠性。

　　CAN總線的特點(diǎn)

　　（1）具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)；

　　（2）采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；

　　（3）具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)；

　　（4）可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文；

　　（5）可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制；

　　（6）發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；

　　（7）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能；

　　（8）報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

　　協(xié)議內(nèi)容

　　CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅(qū)動(dòng)電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)荷。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點(diǎn)間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼/解碼、位定時(shí)和同步的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

　　總線競(jìng)爭(zhēng)的原則

　　BOSCH CAN基本上沒有對(duì)物理層進(jìn)行定義，但基于CAN的ISO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理層進(jìn)行了定義。設(shè)計(jì)一個(gè)CAN系統(tǒng)時(shí)，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CAN協(xié)議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，具有較高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文獲取總線競(jìng)爭(zhēng)的原則，所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒有發(fā)送顯性位時(shí)，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時(shí)，總線處于隱性狀態(tài)；當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。

　　在此基礎(chǔ)上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。從物理結(jié)構(gòu)上看，CAN節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成如圖7-8所示。在CAN中，物理層從結(jié)構(gòu)上可分為三層：分別是物理信號(hào)層（Physical Layer Signaling，PLS）、物理介質(zhì)附件（Physical MediaAttachment，PMA）層和介質(zhì)從屬接口（Media Dependent：Inter-face，MDI）層。其中PLS連同數(shù)據(jù)鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內(nèi)部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國(guó)際或國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可自行定義，比較流行的是ISOll898定義的高速CAN發(fā)送/接收器標(biāo)準(zhǔn)。

　　節(jié)點(diǎn)數(shù)量

　　CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)不分主從，任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通信方式靈活，利用這一特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)，CAN只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m）。 CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要決定于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè)；報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種（CAN2.0A），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。

　　CAN的數(shù)據(jù)鏈路層

　　CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制（Logical Link control，LLC）完成過濾、過載通知和管理恢復(fù)等功能，媒體訪問控制（Medium Access control，MAC）子層完成數(shù)據(jù)打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤信令、應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。

　　結(jié)語

　　關(guān)于CAN總線的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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