第十讲 现场总线can总线

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1、集散控制系统与现场总线主讲人：谢玮信息科学与电气工程学院邮箱：procon_hitwh@163.com地点：研究院2号楼503#联系方式：134651121811CAN总线性能特点2CAN2.0的技术规范第十讲CAN总线的概念及其相关协议主要讲解内容1CAN总线性能特点控制器局域网（ControllerAreaNetwork，CAN）是一种高性能、高可靠性、易开发和低成本的现场总线，是国际上应用最广泛的国际标准现场总线之一，是最早在我国应用的总线之一，被公认为几种最有前途的现场总线之一。由于CAN

2、总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向过程控制、机械工业、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN属于总线式串行通信网络，采用了许多新技术及独特的设计。CAN总线的数据通信具有高性能、高可靠性、灵活性的特点。一个由CAN总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用PhilipsP82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。CAN可提供高达1Mbps的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。

3、另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。CAN的主要特点有：（l）CAN为多主方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从；通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。所以，可方便地构成多机备份系统。（2）CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。（3）CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省总线冲突仲裁时间。当网络负载很

4、重时也不会出现网络瘫痪情况（以太网则可能）。（4）CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。CAN的直接通信距离最远可达l0km（速率5kbps以下），通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。（5）CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。（6）采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。（7）

5、CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证极低的数据出错率。（8）CAN的通信媒体可为双绞线、同轴电缆或光纤。（9）CAN节点在错误严重时具有自动关闭输出功能，使其他节点操作不受影响。因此，CAN具有的特性概括为：低成本；极高的总线利用率；很远的数据传输距离（长达10km）；高速的数据传输速率（高达1Mbps）；可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志

6、符来指示功能信息、优先级信息。2CAN2.0技术规范1983年德国BOSCH公司开始研究新一代的汽车总线，1986年第一颗CAN-bus芯片交付应用，1991年由BOSCH公司发布CAN2.0规范，1993年国际标准ISO11898正式出版。1995年ISO11898进行了扩展，从而能够支持29位CAN标识符。CAN2.0规范分为CAN2.0A和CAN2.0B。CAN2.0A支持标准的11位标识符，CAN2.0B同时支持标准的11位标识符和扩展的29位标识符。CAN2.0规范的目的是使任意两个应用

7、CAN总线的设备都能兼容。兼容性包括很多方面，CAN规范主要对数据链路层和物理层中位编码、位解码、位定时等进行了描述，而未定义物理层中的驱动器/接收器特性，这为网络物理层的选择留下很大的灵活性。当然，同一网络内的所有节点必须具有相同的物理层。应用CAN总线的设备既可与2.0A规范兼容，也可与2.0B规范兼容。CAN2.0规范没有规定媒体的连接单元以及其驻留媒体，也没有规定应用层。因此用户可以直接建立基于CAN2.0规范的数据通信；不过，这种数据通信的传输内容一般不能灵活修改，适合于固定通讯方式。由

8、于CAN2.0规范没有规定信息标识符的分配，因此可以根据不同应用使用不同的方法。所以在设计一个基于CAN的通讯系统时，确定CAN标识符的分配非常重要，标识符的分配和定位也是应用协议、高层协议中的一个主要研究项目。（1）报文（Messages）：总线上的信息以不同的固定报文格式发送，但长度受限（将在4.2.3节介绍）。当总线空闲时，任何连接的单元都可以开始发送新的报文。（2）信息路由：在CAN系统里，节点不使用任何关于系统配置的信息（如站地址）。（3）系统灵活性：不需要改变任何节点的