CAN总线通信详解 (超详细配34张高清图)

Question

如题所述

Answer 1

CAN总线通信，一种在80年代末由Bosch引领的革新，旨在简化汽车电子控制系统的复杂信息交换。这个革命性的协议在1993年正式成为国际标准，分为高速ISO11898（125kbps-1Mbps）和低速ISO11519-2（125kbps以下），以实时性、抗干扰性和高效数据传输著称。CAN总线采用双绞线传输，通过差分信号确保强健性，无需主从设备的严格区分，支持闭环（120欧电阻，高达1Mbit/s，40米内高效）和开环（2.2k欧电阻，125kbit/s，可达1000米）两种结构。

CAN通信的核心是CAN控制器和收发器组成的节点，它们通过电压差（ISO11898的0附近隐性，2V附近显性，ISO11519-2的负隐性与大于2V的显性）来编码逻辑。图1-6深入解析了CAN网络的构建、总线架构、节点配置和电压表现的差异。

STM32F407平台采用TJA1040 CAN收发器，这款芯片专为闭环网络设计，具备实时性、多主机通信、差分信号传输、非破坏性仲裁、广播功能等特性。位时序与波特率控制精准，如图7所示，通过同步段、位段1和位段2确保同步和数据准确性，适应不同频率的调整。

CAN控制器自动调整时序，通过NBT的3个时间长度来设定总线波特率，协议结构遵循ISO/OSI模型，包括传输、数据链路和物理层。有多种标准规格，数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧和帧间隔等五种帧类型各司其职，如数据帧传输信息、遥控帧请求、错误帧报错等。

错误处理机制严谨，错误帧以1位显性位和8位隐性位的界定符报告，过载帧则以6位显性位和8位隐性位标识。数据帧和遥控帧的构成各有特色，帧间隔则是总线空闲的3位隐性位，确保通信的有序进行。

优先级策略灵活，根据空闲状态、连续显性位的多寡、帧类型和ID格式来决定发送顺序。错误检测机制包括位错误、填充错误、CRC错误、格式错误和ACK错误等五类，错误发生时，节点会主动或被动输出错误标志，并可能重发错误帧。

位时序设计允许自定义，通过NRZ方式实现发送和接收的同步，硬件同步仅在帧开始时进行，而再同步则在检测边沿误差时进行，确保数据传输的稳定。最后，学习CAN通信的深入理解，可以参考瑞萨电子的入门书籍，以及王维波等人编写的《STM32 Cube 高效开发教程》。

通过这些详细的讲解，我们对CAN总线通信的原理、结构、操作和错误处理机制有了全面的认识，这将为在实际项目中应用CAN技术提供坚实的基础。