多种工业应用串行总线特性及比较
串行通信接口及总线标准
RS-4
定义
RS-485是一种改进的串行 通信接口标准，由EIA制定。
特点
采用差分信号传输方式， 具有多站能力、高抗干扰 能力和长距离传输能力。
应用
广泛应用于工业自动化、 楼宇自动化和智能家居等 领域。
SPI
定义
应用
SPI是一种同步串行通信协议，由摩托 罗拉公司制定。
常用于微控制器和外围设备之间的通 信。
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详细描述
在工业自动化控制系统中，各种设备如传感器、执行器、控制器等需要实时地进行数据交换和通信。 串行通信接口能够提供稳定、可靠的连接，使得设备间能够高效地传输数据，实现自动化控制和监测 。这有助于提高生产效率、降低成本、减少故障发生率。
智能家居系统
总结词
串行通信接口在智能家居系统中发挥关键作用，能够实现家庭设备的互联互通，提升家居生活的便利性和舒适度。
VS
详细描述
物联网设备间需要进行大量的数据交换和 通信，以实现设备的远程监控和管理。串 行通信接口能够提供高效、可靠的数据传 输服务，使得设备间能够稳定地进行通信 。这有助于促进物联网的发展和应用，提 高设备的可维护性和可管理性，降低运营 成本。
汽车电子系统
总结词
串行通信接口在汽车电子系统中具有重要价 值，能够实现汽车各系统间的信息共享和协 同工作，提高汽车的安全性和可靠性。
数据传输速率较慢。
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特点
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数据传输距离较远。
数据传输线少，成本低。
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适用于不同设备之间的通信。
串行通信接口的重要性
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实现设备之间的数据交换和通 信。
简化电路设计，降低成本。
RS485、M-BUS、C-MBUS性能对比
RS485、M-BUS、C-MBUS性能对比M-BUS与RS485两种总线抄表方案的比较针对传统手工抄表的种种不便，在多年研制与反复试验中，目前M-BUS和RS485两种总线的抄表方式在集中抄表领域被广泛使用。
M-BUS是一种欧洲标准的2线总线，专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线而设计的，它的信息传送量是专门满足其应用而限定好的，它具有使用价格低廉的电缆而能够长距离传送的特点，所以M-BUS总线在集中抄表领域正在被越来广泛的采用。
RS485总线最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容，允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，用户又可以建立自己的高层通信协议。
正因为RS-485的远距离、多节点、可以自行定义协议以及传输线成本低的特性，使得RS 485成为工业应用中数据传输的首选标准，因此在集中抄表领域也被广泛的采用。
由于M-BUS和RS485两种总线都在集中抄表中有广泛的应用，因此我将就两种总线在抄表中的差异，做出如下比较：1．传送速度和通讯距离根据RS485总线结构理论，在理想环境的前提下，RS485总线传输距离可以达到1200米。
其条件是通讯材优质达标，波特率为9600，只负载一台RS485设备，才能使得通讯距离达到1200米。
但是在集中抄表领域通常采用的波特率为1200，所以通常RS485总线实际稳定的通讯距离往往达不到1200米。
如果负载RS485设备多，线材阻抗不合乎标准，线经过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。
M-BUS传输距离会和网路分布线路情况、电缆长度和截面积以及传送速度有关，终端的数量可以通过调整作为互感器的数字远程控制器而提高。
在集中抄表方案中通常采用的波特率为4800，因此M-BUS在抄表领域中的传输距离符合下表。
在实际的远程抄表方案的应用中，M-BUS总线的可靠通讯长度为1000米，已经可以满足小区的集中抄表需求。
CAN总线的特点及发展趋势
CAN总线的特点及发展趋势CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线是一种面向实时应用的多主机串行通信总线，最初被用于汽车电子控制系统，现在已经广泛应用于诸如工业自动化、医疗设备、航空航天等领域。
以下将介绍CAN总线的特点及其发展趋势。
1.高可靠性：CAN总线具有高抗干扰能力和高容错性，能够在恶劣的环境下稳定工作。
它采用差分传输方式，能有效抵抗噪声和干扰，同时具备误码检测和容错纠正机制，能够自动检测和修复传输中的错误。
2. 实时性：CAN总线能够满足实时性要求，传输速率可达到 1 Mbps，并且具有优先级机制，可以根据消息的重要性进行数据传输的调度，保证高优先级的消息先被传输，从而满足实时控制的需求。
3.简洁性：CAN总线采用的通信协议简单，数据帧格式明确，使得系统的设计和实现变得简单。
通过标识符来识别不同的节点和数据类型，实现了灵活的通信方式。
4.扩展性：CAN总线支持多主机通信，每个节点可以接入多个设备。
它可以通过连接器将多个CAN总线组成一个网络，并且可以通过CAN网关将多个CAN网络连接起来，实现更大规模的通信。
5.低成本：CAN总线的成本相对较低，其简单性和通用性使得其应用范围广泛，降低了系统的成本。
1.提高速率：随着实时应用要求的增加，CAN总线的速率也不断提高，并且增加了高速CAN（CANFD）技术。
CANFD可以实现更高的数据传输速率，提高数据带宽，满足更高的实时应用需求。
2.增强安全性：随着汽车电子化水平的提高，对车辆的安全性和数据保护要求也日益增加。
CAN总线的未加密的通信方式容易受到攻击和干扰，因此未来的CAN总线将倾向于增加加密和认证等安全机制，以提高通信的安全性。
3.支持更多协议：CAN总线在汽车领域被广泛应用，但由于不同厂商和不同功能的设备使用的通信协议不同，导致系统的复杂性增加。
为了解决这个问题，未来的CAN总线将支持更多的协议，可以实现不同设备之间的互联互通。
CAN总线详解
汽车CAN总线详解概述CAN（Controller Area Network）总线协议是由 BOSCH 发明的一种基于消息广播模式的串行通信总线，它起初用于实现汽车内ECU之间可靠的通信，后因其简单实用可靠等特点，而广泛应用于工业自动化、船舶、医疗等其它领域。
相比于其它网络类型，如局域网（LAN, Local Area Network）、广域网（WAN, Wide Area Network）和个人网（PAN, Personal Area Network）等，CAN 更加适合应用于现场控制领域，因此得名。
CAN总线是一种多主控（Multi-Master）的总线系统，它不同于USB或以太网等传统总线系统是在总线控制器的协调下，实现A节点到B节点大量数据的传输，CAN网络的消息是广播式的，亦即在同一时刻网络上所有节点侦测的数据是一致的，因此比较适合传输诸如控制、温度、转速等短消息。
CAN起初由BOSCH提出，后经ISO组织确认为国际标准，根据特性差异又分不同子标准。
CAN国际标准只涉及到 OSI（开放式通信系统参考模型）的物理层和数据链路层。
上层协议是在CAN标准基础上定义的应用层，市场上有不同的应用层标准。
发展历史1983年，BOSCH开始着手开发CAN总线；1986年，在SAE会议上，CAN总线正式发布；1987年，Intel和Philips推出第一款CAN控制器芯片；1991年，奔驰500E 是世界上第一款基于CAN总线系统的量产车型；1991年，Bosch发布CAN 2.0标准，分 CAN 2.0A （11位标识符）和 CAN 2.0B （29位标识符）；1993年，ISO发布CAN总线标准（ISO 11898），随后该标准主要有三部分：ISO 11898-1：数据链路层协议ISO 11898-2：高速CAN总线物理层协议ISO 11898-3：低速CAN总线物理层协议注意：ISO 11898-2和ISO 11898-3物理层协议不属于BOSCH CAN 2.0标准。
can总线的传输原理
CAN总线的传输原理一、什么是CAN总线CAN总线（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车、工业领域以及其他领域的通信协议。
它是一种串行通信协议，能够实现多个设备之间的高速数据传输。
二、CAN总线的优点CAN总线相比其他通信协议具有以下几个优点：1.可靠性高：CAN总线采用差分信号传输，能够有效抵抗电磁干扰，提高数据传输的可靠性。
2.实时性好：CAN总线使用了非并行传输方式，可以实现实时数据的传输和处理。
3.扩展性强：CAN总线支持多主机和多设备并行通信，可以实现设备的灵活扩展和系统的模块化设计。
4.成本低廉：CAN总线采用了简单的硬件和软件实现方式，可以降低系统的成本。
三、CAN总线的传输原理CAN总线采用了一种基于事件驱动的传输方式，具体原理如下：1. 标识符和帧格式CAN总线的传输单位是帧（Frame），每个帧包括标识符（Identifier）、控制位（Control）、数据字段（Data）和校验位（CRC）。
其中标识符用于标识不同设备和数据类型，控制位用于控制数据传输的行为，数据字段用于存储实际传输的数据，校验位用于校验数据的准确性。
2. 差分信号传输CAN总线采用了差分信号传输，即使用两条线（CAN_H和CAN_L）传输数据。
在传输过程中，CAN_H和CAN_L的电压存在正负摆动，通过测量CAN_H和CAN_L之间的电压差来判断传输的数据是0还是1。
这种差分信号传输方式可以有效抵抗电磁干扰，提高数据传输的可靠性。
3. 碰撞检测和重发机制由于CAN总线支持多主机并行访问，可能会出现多个设备同时发送数据的情况，这时就会产生碰撞（Collision）现象。
为了解决碰撞问题，CAN总线采用了碰撞检测和重发机制。
当发生碰撞时，设备会检测到总线上的电压变化，通过退避算法重新发送数据，以确保数据传输的准确性。
4. 报文优先级CAN总线通过标识符来标识不同设备和数据类型，不同标识符的帧具有不同的优先级。
485 总线 方案
485 总线方案引言485总线是一种常用的串行通信总线方案，适用于工业自动化、楼宇自控、集中计量、环境监测等领域。
本文将介绍485总线的基本原理、特点及其应用。
一、485总线的基本原理485总线是一种差分传输的串行通信总线，它可以同时实现多个设备之间的双向通信。
485总线采用了差分传输的方式，利用两根信号线（A线和B线）分别传输正负的电信号，以此来实现数据的传输。
485总线的传输方式为半双工，即同一时间只能有一个设备发送数据，其他设备处于接收状态。
通过差分传输的方式，485总线具有较好的抗干扰能力，能够在恶劣的工作环境中保持稳定的通信。
二、485总线的特点1.长距离传输：485总线可以实现长达1200米的距离传输，适用于分布式设备的远距离通信。
2.多设备通信：485总线可以支持多个设备之间的通信，最多可以连接128个设备。
3.抗干扰能力强：485总线采用差分传输方式，具有较好的抗干扰能力，适用于电磁环境复杂的工业场景。
4.通信速率调节：485总线支持多种通信速率，可以根据实际需求进行调节。
5.简单易用：485总线的设备连接简单，只需将各个设备通过终端电阻连接即可。
三、485总线的应用1. 工业自动化485总线广泛应用于工业自动化领域，可以用于连接PLC、变频器、传感器等设备，实现设备之间的数据传输和控制。
2. 楼宇自控485总线可用于楼宇自控系统，通过连接空调、照明、安防等设备，实现对楼宇内各种设备的集中管理和控制，提高能源利用效率。
3. 集中计量在数据采集和集中计量领域，485总线可以连接多个电表、水表、气表等仪表，实时采集各种用量数据，并进行集中管理和统计。
4. 环境监测485总线可用于环境监测系统中，通过连接温湿度传感器、气体传感器等设备，实时监测环境参数，并进行数据采集和分析。
四、485总线的优势和劣势1. 优势•长距离传输能力强，适用于分布式设备通信。
•抗干扰能力较好，适用于工业环境。
串行总线是什么？(优点和作用)
串行总线是什么？（优点和作用）任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。
为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。
采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。
微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。
内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。
图串行通信另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。
并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。
串行通信一般可分为异步模式和同步模式。
-随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。
下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。
一、内部总线1．I2C总线I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。
它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。
2．SPI总线串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同。
通讯协议中的CAN和LIN技术比较
通讯协议中的CAN和LIN技术比较随着物联网的兴起，车联网已成为未来的发展方向，车辆内外的通讯协议也变得越来越重要。
本文将着重探讨通讯协议中的CAN和LIN技术比较，希望能帮助读者更好地了解它们之间的差异和应用场景。
CAN技术CAN（Controller Area Network）是一种采用串行通讯协议的总线标准，由德国Bosch公司在20世纪80年代开发而成。
目前，CAN技术已广泛运用于汽车电子、工业控制、医疗设备、军工等领域。
CAN协议采用分布式控制方式，将大量设备通过总线连接在一起，构成一个网络。
设备之间可以实现快速的信息传输，支持多种不同的数据格式（如数字、模拟、文本等）。
此外，CAN总线支持多主机和多从机的通信方式，具有高可靠性、高安全性、高实时性等特点。
在车辆领域中，CAN技术是一种必备的通信标准。
当前大多数车辆都采用CAN总线架构，可以实现车辆控制单元（ECU）之间的高效通信。
比如，引擎控制模块（ECM）可以向自动变速器控制模块（TCM）发送指令，以调整变速器的工作模式。
CAN技术的优点在于它的数据传输速率较快，可以达到1Mbps；而且对网络拓扑结构要求不高，采用总线结构等。
因此，CAN通信在车辆领域的应用场景非常广泛。
但是，CAN技术也存在一些不足。
比如，它无法满足某些低功耗和低成本的场景，而且支持的最大节点数有限，最多只能支持几百个节点。
LIN技术LIN（Local Interconnect Network）是一种低成本、低速率的串行通信协议，由德国博世公司在20世纪90年代中期推出。
LIN协议不同于CAN协议，它的设计重点在于解决低成本通讯。
LIN总线是一种低带宽、低速率的单主从结构，仅用于连接车辆中的非关键性系统，如车门、窗户、座椅等。
由于LIN通信速率较慢，通常只能达到19.2kbps，但是其在汽车领域的应用场景却非常广泛。
与CAN不同，LIN通信采用的是串行通信模式，可以通过两根导线进行数据传输。
CAN、I2S、I2C、SPI、SSP总线的介绍和比较
计算机基本知识一、SPI总线说明串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口，Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。
SPI 用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。
SPI可以同时发出和接收串行数据。
它只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯，这四条线是：串行时钟线（CSK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）、低电平有效从机选择线CS。
这些外围器件可以是简单的TTL移位寄存器，复杂的LCD显示驱动器，A/D、D/A转换子系统或其他的MCU。
当SPI工作时，在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（MOSI）输出（高位在前），同时从输入引脚（MISO）接收的数据逐位移到移位寄存器（高位在前）。
发送一个字节后，从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。
主SPI的时钟信号（SCK）使传输同步。
其典型系统框图如下图所示。
SPI主要特点有: 可以同时发出和接收串行数据;•可以当作主机或从机工作;•提供频率可编程时钟;•发送结束中断标志;•写冲突保护;•总线竞争保护等。
图2示出SPI总线工作的四种方式，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式(实线表示):SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。
如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。
SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
串行总线
异步串行方式的数据格式 异步串行通信的数据格式如图8-1所示，每个字符 （每帧信息）由4个部分组成： ①1位起始位，规定为低电0； ②5～8位数据位，即要传送的有效信息； ③1位奇偶校验位； ④1～2位停止位，规定为高电平1。
数据传送方式： 单工方式：只允许数据按固定的方向传输。 半双工方式：半双工方式采用同一根数据传输线，允许 数据分时在两个方向传输，但不能同时双 向传送。 全双工方式：允许数据同时双向传送。
CAN总线的特点
• CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理， 包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。 • CAN总线特点如下： • （1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时 刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式 灵活。 • （2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级,可以满足不同 的实时要求。 • （3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网 络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级 高的节点可不受影响地继续传输数据。
（3）可以实时地进行数据传输。IEEEl394除了异步传送外， 也提供了一种等时同步(Isochronous)传送方式，数据以 一系列固定长度的包，等时间间隔地连续发送，端到端既 有最大延时限制又有最小延时限制。 （4） 采用点对点(Peer to Peer)结构。任何两个支持 IEEEl394的设备可直接连接，不需要通过主机控制。设备 连接方便。IEEEl394也支持热即插即用。 应用： IEEE1394的应用不仅限于单一的计算机接口领域。它 所具有的高速、宽带的特征,特别是等时传输的能力,不仅 可应用于计算机,而且在家电领域也大有用武之地。
完整版工业自动化领域各种总线协议规范接口
完整版工业自动化领域各种总线协议规范接口工业自动化领域的总线协议规范接口是实现设备之间数据通信的关键技术。
在工业自动化系统中，各种设备（如PLC、传感器、执行器等）需要通过总线协议进行数据交换，以实现自动化控制和监测。
本文将详细介绍工业自动化领域常见的几种总线协议规范接口。
一、Modbus协议Modbus是一种串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
它具有简单、开放、易于实现的特点，能够实现不同设备之间的数据传输。
Modbus协议定义了一种主从结构的通信方式，主设备通过读写从设备的寄存器来实现数据交换。
该协议支持不同的物理介质，如串口、以太网等。
二、Profibus协议Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线协议。
它分为DP（分布式式）和PA（过程自动化）两种类型。
DP用于工厂自动化，PA用于过程自动化。
Profibus协议采用主从结构，主设备负责控制和配置从设备。
它支持高速数据传输和实时通信，并具有高可靠性和灵便性的特点。
三、CAN（Controller Area Network）总线CAN总线是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的串行通信协议。
它采用主从结构，支持多主设备同时工作。
CAN总线具有高可靠性、抗干扰能力强、实时性好的特点。
它适合于多节点、分布式控制系统，能够实现设备之间的快速数据传输和实时通信。
四、Ethernet/IP协议Ethernet/IP是一种基于以太网的工业自动化通信协议。
它采用TCP/IP协议作为传输层，支持实时和非实时通信。
Ethernet/IP协议具有高带宽、高可靠性和灵便性的特点，适合于大规模工业自动化系统。
它能够实现设备之间的快速数据交换和远程监测。
五、Profinet协议Profinet是一种基于以太网的工业自动化通信协议。
它具有高速、实时和可靠的特点，适合于各种工业自动化应用场景。
Profinet协议支持多种通信方式，如RT （实时）、IRT（异步实时）和NRT（非实时）。
几种常用的总线标准
什么是CAN总线？
CAN意为Controller Area Network的缩写，意为控制区域网络。是国际上流行的现场总线中的一种。是一种特别适合于组建互连的设备网络系统或子系统。
2． CAN总线特点？
l CAN是到目前为止为数不多的有国际标准的现场总线
l CAN通讯距离最大是10公里（设速率为5Kbps）,或最大通信速率为1Mbps(设通信距离为40米)。
A、较低的成本与极高的总线利用率；
B、 数据传输距离可长达10Km，传输速率可高达1Mbit/s；
C、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；
D、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；
E、报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功能信息和优先级信息；
由于人为、自然、其它外界环境的影响和人们对公交系统的安全可靠性、真实、实时性的追求，使得我们对通信方式，通信设备有了更高的要求，基于CAN总线的网络则成为我们最佳的选择
CAN采用报文识别符识别网络上的节点，从而把节点分成不同的优先级，高优先级的节点享有传送报文的优先权。
报文是短帧结构，短的传送时间使其受干扰概率低，CAN有很好的效验机制，这些都保证了CAN通信的可靠性。
3． CAN总线应用领域
CAN总线最初是德国BOSCH为汽车行业的监测，控制而设计的。现已应用到铁路、交通、国防、工程、工业机械、纺织、农用机械、数控、医疗器械机器人、楼宇、安防等方面。
UART使用发送数据线TXD和接收数据线RXD来传送数据，接收和发送可以单独进行也可以同时进行。它传送数据的格式有严格的规定，每个数据以相同的位串形式传送，每个串行数据由起始位，数据位，奇偶校验位和停止位组成。从起始位到停止位结束的时间称为一帧（frame），即一个字符的完整通信格式。
工业总线协议
工业总线协议引言工业总线协议在现代工业自动化系统中起着至关重要的作用。
它是一种用于在工业环境中进行设备与设备之间通信的标准化协议。
本文将介绍工业总线协议的定义、分类、特点以及应用领域。
定义工业总线协议是一种用于在工业控制系统中进行通信的协议。
它提供了一种可靠且高效的通信方式，用于将各种设备连接在一起并实现数据传输。
这些设备包括传感器、执行器、控制器等，在工业自动化系统中起到关键作用。
分类工业总线协议可以根据其通信方式和传输介质的不同进行分类。
常见的工业总线协议有以下几种：1. CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种常用于汽车电子和工业领域的串行通信总线。
它采用两线制的方式进行数据传输，并具有高可靠性和实时性的特点。
CAN总线广泛应用于汽车电子、工厂自动化、仪器仪表等领域。
2. ProfibusProfibus（Process Field Bus）是一种用于工业自动化领域的串行通信协议。
它被广泛应用于控制系统、传感器和执行器之间的数据交换。
Profibus具有高速、可靠和灵活性的特点，适用于各种各样的工厂环境。
3. ModbusModbus是一种常用的工业通信协议，用于工厂自动化系统中的设备间通信。
Modbus协议基于串行通信方式，并具有简单、易于实现和跨平台等优点。
它被广泛应用于监控系统、PLC、仪器仪表和数据采集等设备之间的通信。
4. Ethernet/IPEthernet/IP是基于以太网的工业通信协议，用于在设备之间传输数据。
它采用标准以太网技术，并支持TCP/IP协议栈。
Ethernet/IP广泛应用于自动化控制系统、机器人系统和工业网络等领域。
5. ProfinetProfinet是一种用于工业自动化领域的以太网通信协议。
它支持实时通信和传输大量数据，适用于高性能和复杂的自动化系统。
Profinet被广泛应用于自动化设备、机器人系统和工艺控制等领域。
can总线的原理及应用实例
CAN总线的原理及应用实例1. 什么是CAN总线？CAN（Controller Area Network）总线是一种常用于在电子设备之间进行通讯的串行总线系统。
它最早由德国博世公司开发，并于1986年开始应用于汽车电子领域。
CAN总线具有高可靠性、高传输速率和广泛的应用领域等特点，在汽车、工业自动化、机器人技术等领域得到了广泛的应用。
2. CAN总线的原理CAN总线采用了一种分布式通讯的方式，即所有设备共享同一条总线进行通讯。
CAN总线系统由多个节点组成，每个节点都有一个唯一的标识符。
节点之间通过总线进行数据的传输。
在CAN总线中，使用了一种冲突检测与回避的机制来解决多个节点同时发送数据时可能出现的冲突问题。
当多个节点同时发送数据时，会发生冲突。
CAN总线会检测到冲突并自动进行回避，以保证数据传输的可靠性。
CAN总线采用了差分传输的方式，通过两根线（CAN_H和CAN_L）来传输数据。
CAN_H和CAN_L线分别代表高电平和低电平，通过比较CAN_H和CAN_L之间的电平差异来判断传输的数据是0还是1。
3. CAN总线的应用实例3.1 汽车电子系统CAN总线在汽车电子系统中得到了广泛的应用。
汽车中的各种电子控制单元（ECU）通过CAN总线进行通讯，实现各个系统之间的数据传输和互联。
例如，发动机控制单元、制动系统控制单元、空调系统控制单元等都通过CAN总线进行通讯，实现整车各个系统的协调工作。
3.2 工业自动化在工业自动化领域，CAN总线也被广泛应用。
工业设备中的各个控制单元通过CAN总线进行通讯，实现对整个生产过程的控制和监测。
例如，机械臂控制单元、传感器控制单元、PLC等设备都可以通过CAN总线进行互联，实现自动化生产。
3.3 机器人技术CAN总线在机器人技术中的应用也非常广泛。
机器人系统中的各个模块通过CAN总线进行通讯，实现机器人的控制和操作。
例如，机器人的运动控制模块、传感器模块、视觉系统等都可以通过CAN总线进行互联，实现机器人的智能化操作。
RS232、RS422、RS485通讯特点和比较
RS232、RS422、RS485通讯特点和比较一、什么是RS-232 接口？(1) RS-232 的历史和作用在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。
RS-232-C接口（又称EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。
（“RS-232-C”中的“-C”只不过表示RS-232的版本，所以与“RS-232”简称是一样的）它是在1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。
它的全名是'数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准'该标准规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。
后来IBM的PC 机将RS-232 简化成了DB-9 连接器，从而成为事实标准。
而工业控制的RS-232 口一般只使用RXD、TXD、GND 三条线。
(2)RS-232 接口的电气特性在RS-232-C 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。
即：逻辑'1'为-3 到-15V；逻辑'0'为+3 到+15V 。
RS-232-C 最常用的9 条引线的信号内容如下所示DB-9 1 2 3 4 5 6 7 8 9DB-25 8 3 2 20 7 6 4 5 22定义DCD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI(3) RS-232 接口的物理结构RS-232-C 接口连接器一般使用型号为DB-9 插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端.PC 机的RS-232 口为9 芯针插座。
一些设备与PC 机连接的RS-232 接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即'发送数据TXD'、'接收数据RXD'和'信号地GND'。
异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)和通用串行总线
异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)和通用串行总线异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)和通用串行总线(USB)等，这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。
本文详细介绍了嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口的特性，并为总线最优选择提供性能比较和选择建议。
由于在消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用中增加了嵌入式功能，对低成本、高速和高可靠通信介质的要求也不断增长以满足这些应用，其结果是越来越多的处理器和控制器用不同类型的总线集成在一起，实现与PC软件、开发系统(如仿真器)或网络中的其它设备进行通信。
目前流行的通信一般采用串行或并行模式，而串行模式应用更广泛。
微处理器中常用的集成串行总线是通用异步接收器传输总线、串行通信接口、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C)和通用串行总线，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)。
这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。
本文将对嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口这些要求提供一个总体介绍，为选择最优总线提供指导并给出一个比较图表(表1)。
为了说明方便起见，本文的阐述是基于微处理器的设计。
串行与并行相比串行相比于并行的主要优点是要求的线数较少。
例如，用在汽车工业中的LIN串行总线只需要一根线来与从属器件进行通信，Dallas公司的1-Wire总线只使用一根线来输送信号和电源。
较少的线意味着所需要的控制器引脚较少。
集成在一个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线，线数的多少取决于设计中地址和数据的宽度，所以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与外部器件接口，这增加了芯片的总体尺寸。
相反地，使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个较小的封装中。
另外，在PCB板设计中并行总线需要更多的线来与其它外设接口，使PCB 板面积更大、更复杂，从而增加了硬件成本。
RS422、RS485串行通讯标准总结
RS422、RS485串行通讯标准总结引言串行通讯是一种数据传输方式，其中数据按顺序逐位发送。
RS422和RS485是两种广泛使用的串行通讯标准，它们提供了可靠的数据传输和支持长距离通讯的能力。
RS422通讯标准定义RS422，也称为TIA/EIA-422，是一种差分信号串行通讯标准。
特点差分传输：使用正负电压差来表示二进制数据，提高了信号的抗干扰能力。
高速传输：支持最高10Mbps的数据传输速率。
驱动能力：可以驱动至多10个接收器。
连接距离：适合短距离到中等距离的通讯，最长可达1200米。
应用场景工业自动化：由于其抗干扰能力，RS422适用于工业环境中的设备通讯。
数据采集系统：用于远程数据采集和监控。
RS485通讯标准定义RS485，也称为TIA/EIA-485，是一种多节点、差分信号串行通讯标准。
特点多节点能力：支持多达32个或更多的设备连接到同一通讯线上。
差分传输：与RS422类似，RS485也使用差分信号来提高信号质量。
高速传输：支持最高10Mbps的数据传输速率。
驱动能力：可以驱动至多32个接收器。
连接距离：适合长距离通讯，最长可达1200米。
应用场景工业网络：RS485常用于构建工业现场总线。
楼宇自动化：用于楼宇自动化系统中的设备通讯。
数据传输：在需要长距离数据传输的应用中广泛使用。
RS422与RS485的比较相似之处两者都使用差分信号传输，具有较好的抗干扰能力。
两者都支持最高10Mbps的数据传输速率。
不同之处RS422通常用于点对点通讯，而RS485支持多点通讯。
RS422可以驱动的接收器数量较少，而RS485可以连接更多设备。
RS485更适合构建网络，因为它支持多节点通讯。
RS422/RS485的物理层电气特性电压水平：RS422/RS485定义了特定的电压水平来表示二进制"0"和"1"。
终端电阻：RS485网络需要适当的终端电阻来匹配线路特性。
各种多机互连通信方式的介绍
各种多机互连通信方式的介绍这里所谓的多机互连通信方式其实就是一种简单的现场总线概念。
现场总线的定义是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。
其中，“生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类；或者现场总线是以单个分散的数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
目前存在的现场总线标准由很多种，比较常用的标准有EIA-232-E、TIA/EIA-422-A、TIA/EIA-485-A、Profibus、DeviceNet、FF、Modbus、Interbus、CC-link、ControlNet、HART、Asi、CAN、Lonworks、BACnet、ARCnet等，其每种标准都有适用的应用领域，这里就选择其中我们经常用到的几种做一个简单介绍。
1、EIA-232-E、TIA/EIA-422-A、TIA/EIA-485-A这三种就是我们目前经常使用的RS-232、RS-485和RS-422接口标准。
其都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。
RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。
为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。
RS485、M-BUS、C-MBUS性能对比
RS485、M-BUS、C-MBUS性能对比M-BUS与RS485两种总线抄表方案的比较针对传统手工抄表的种种不便，在多年研制与反复试验中，目前M-BUS和RS485两种总线的抄表方式在集中抄表领域被广泛使用。
M-BUS是一种欧洲标准的2线总线，专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线而设计的，它的信息传送量是专门满足其应用而限定好的，它具有使用价格低廉的电缆而能够长距离传送的特点，所以M-BUS总线在集中抄表领域正在被越来广泛的采用。
RS485总线最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容，允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，用户又可以建立自己的高层通信协议。
正因为RS-485的远距离、多节点、可以自行定义协议以及传输线成本低的特性，使得RS 485成为工业应用中数据传输的首选标准，因此在集中抄表领域也被广泛的采用。
由于M-BUS和RS485两种总线都在集中抄表中有广泛的应用，因此我将就两种总线在抄表中的差异，做出如下比较：1．传送速度和通讯距离根据RS485总线结构理论，在理想环境的前提下，RS485总线传输距离可以达到1200米。
其条件是通讯材优质达标，波特率为9600，只负载一台RS485设备，才能使得通讯距离达到1200米。
但是在集中抄表领域通常采用的波特率为1200，所以通常RS485总线实际稳定的通讯距离往往达不到1200米。
如果负载RS485设备多，线材阻抗不合乎标准，线经过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。
M-BUS传输距离会和网路分布线路情况、电缆长度和截面积以及传送速度有关，终端的数量可以通过调整作为互感器的数字远程控制器而提高。
在集中抄表方案中通常采用的波特率为4800，因此M-BUS在抄表领域中的传输距离符合下表。
在实际的远程抄表方案的应用中，M-BUS总线的可靠通讯长度为1000米，已经可以满足小区的集中抄表需求。
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标题微处理器中常用的集成串行总线是通用异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)和通用串行总线(USB)等，这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。
本文详细介绍了嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口的特性，并为总线最优选择提供性能比较和选由于在消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用中增加了嵌入式功能，对低成本、高速和高可靠通信介质的要求也不断增长以满足这些应用，其结果是越来越多的处理器和控制器用不同类型的总线集成在一起，实现与PC软件、开发系统(如仿真器)或网络中的其它设备进行通信。
目前流行的通信一般采用串行或并行模式，而串行模式应用更广泛。
微处理器中常用的集成串行总线是通用异步接收器传输总线、串行通信接口、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C) 和通用串行总线，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)。
这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。
本文将对嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口这些要求提供一个总体介绍，为选择最优总线提供指导并给出一个比较图表(表1)。
为了说明方便起见，本文的阐述是基于微处理器的设计。
串行与并行相比串行相比于并行的主要优点是要求的线数较少。
例如，用在汽车工业中的LIN串行总线只需要一根线来与从属器件进行通信，Dallas公司的1-Wire总线只使用一根线来输送信号和电源。
较少的线意味着所需要的控制器引脚较少。
集成在一个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线，线数的多少取决于设计中地址和数据的宽度，所以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与外部器件接口，这增加了芯片的总体尺寸。
相反地，使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个较小的封装中。
另外，在PCB板设计中并行总线需要更多的线来与其它外设接口，使PCB板面积更大、更复杂，从而增加了硬件成本。
此外，工程师还可以很容易地将一个新器件加到一个串行网络中去，而且不会影响网络中的其它器件。
例如，可以很容易地去掉总线上旧器件并用新的来替代。
串行总线的故障自诊断和调试也非常简单，可以很容易地跟踪网络中一个有故障的器件并用新器件替换而不会干扰网络。
但另一方面，并行总线比串行速度快。
例如，Rambus公司的“Redwood”总线速度可高达6.4GHz，而最高的串行速度不会超过几个兆赫。
在工业和汽车应用中常用的串行协议1. UARTUART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。
该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。
在嵌入式设计中，UART用来与PC进行通信，包括与监控调试器和其它器件，如EEPROM通信。
a. UART通信UART首先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输。
消息帧从一个低位起始位开始，后面是7个或8个数据位，一个可用的奇偶位和一个或几个高位停止位。
接收器发现开始位时它就知道数据准备发送，并尝试与发送器时钟频率同步。
如果选择了奇偶，UART就在数据位后面加上奇偶位。
奇偶位可用来帮助错误校验。
在接收过程中，UART从消息帧中去掉起始位和结束位，对进来的字节进行奇偶校验，并将数据字节从串行转换成并行。
UART也产生额外的信号来指示发送和接收的状态。
例如，如果产生一个奇偶错误，UART就置位奇偶标志。
b. 数据方向和通信速度数据传输可以首先从最低有效位(LSB)开始。
然而，有些UART允许灵活选择先发送最低有效位或最高有效位(MSB)。
微控制器中的UART传送数据的速度范围为每秒几百位到1.5Mb。
例如，嵌入在ElanSC520微控制器中的高速UART通信的速度可以高达1.1152Mbps。
UART波特率还受发送和接收线对距离(线长度)的影响。
目前，市场上有只支持异步通信和同时支持异步与同步通信的两种硬件可用于UART。
前者就是UART名字本身的含义，在摩托罗拉微控制器中被称为串行通信接口(SCI)；Microchip 微控制器中的通用同步异步收发器(USART)和在富士通微控制器中的UART是后者的两个典型例子。
c. 计算机中的UARTUART是计算机中串行通信端口的关键部分。
在计算机中，UART相连于产生兼容RS232规范信号的电路。
RS232标准定义逻辑“1” 信号相对于地为3到25伏，而逻辑“0”相对于地为-3到-25伏。
所以，当一个微控制器中的UART相连于PC时，它需要一个RS232驱动器来转换电平。
2. 同步外设接口同步外设接口(SPI)是由摩托罗拉公司开发的全双工同步串行总线，该总线大量用在与EEPROM、ADC、FRAM和显示驱动器之类的慢速外设器件通信。
a. SPI通信该总线通信基于主-从配置。
它有以下4个信号：MOSI:主出/从入MISO:主入/从出SCK:串行时钟SS:从属选择芯片上“从属选择”(slave-select)的引脚数决定了可连到总线上的器件数量。
在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。
数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲，摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。
然而，最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，而CPHA 定义相对于SO-数据位的时钟相位。
CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。
b. 数据方向和通信速度SPI传输串行数据时首先传输最高位。
波特率可以高达5Mbps，具体速度大小取决于SPI 硬件。
例如，Xicor公司的SPI串行器件传输速度能达到5MHz。
c. SPI与UART比较SPI通信快于UART通信，两者都可以用在中等速度外设的通信中，例如非易失性EEPROM 存储器。
然而，SPI更常用于EEPROM或数模变换器的通信中。
有些UART能支持SPI通信，在这种情况下，会用一个通用IO作为从属选择引脚。
3. I2C总线I2C是由飞利浦公司开发的双线同步总线。
像SPI一样，该总线可用来与EEPROM、ADC、DAC和LCD这类慢速器件进行通信。
a. I2C通信I2C是一个半双工、多主总线，该总线网络有一个或几个主控器件和很多个从器件。
信息由两条串行线传输：串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)。
图1显示了使用两个主控和三个从器件相连接的例子。
网络中的每一个器件都预指定一个7位或10位的地址。
飞利浦会给器件制造商分配地址，也有一个特定的地址用于高速通信，以及一个通用呼叫地址用于与网络中所有器件的通信。
10位寻址的优点是允许更多的器件(高达1024个)布置在网络中。
然而，总线中器件的数目取决于总线的电容量，必须限制在400pF以内。
主控器件发起数据传送，并提供用于通信的时钟信号。
通信开始于SCL为高电平时SDA由高到低的转换，紧接着是一个7位或10位的从地址，一个数据方向位(R/W)，一个应答位和停止状态。
停止状态定义为在时钟信号为高时数据线电平由低到高的转换。
每一个数据字节长度为8位，单次传送的字节数并没有限制。
由于I2C是一个多主总线，因此可能有两个或更多的主控器件同时试图访问总线，在时钟信号为高电平时在总线上置“1”的主控器件赢得总线仲裁。
I2C有三种不同的运行模式：标准、快速和高速模式。
在使用快速和高速模式时，可能某个从属器件不能像主控器件那么快地处理数据。
此时，从属器件会将SCL线拉至低电平来保持总线，这迫使主控器件进入等待状态，直至从属器件准备就绪。
b. 数据方向和通信速度数据传输首先从最高位开始。
I2C总线设计用于三种数据传输速度，每个都向下兼容性：低速，数据传输率为0到100kbps；快速，数据传输率可以高达400kbps；高速，数据传输率可以高达3.4Mbps。
c. I2C与SPI比较I2C和SPI都能用于低速器件的通信,而SPI的数据传输速率高于I2C。
此外，SPI具有一个内在地址功能，不需要设计一个额外的寄存器来测试地址，从而减少软件和硬件的设计开销。
4. 控制器区域网络控制器区域网络(CAN)是一个多主异步串行总线。
由于它具有优良的错误处理机制及可靠的数据传送性能，该总线在汽车工业中非常普遍，在高安全系数要求的医疗行业中也正在得到普及。
CAN最初由德国的Robert Bosch公司开发，提供给汽车电子系统所用的低成本通信总线，现在已经成为国际标准，被采用为高速应用的ISO11898标准和用于低速应用的ISO11519标准。
a. CAN通信当总线空闲时，任何CAN节点都可以开始数据发送。
如果两个或更多的节点同时开始发送，就使用标识符来进行按位仲裁以解决访问冲突。
CAN是一个广播类型的总线，所有节点都接收总线上的数据，硬件上的过滤机制决定消息是否提供给该接点用。
b. 四种消息帧的类型数据帧：该帧从一个发送器承载数据到一个接收器。
根据CAN规范有两种数据帧格式，它们的唯一本质区别在于标识符的长度：CAN标准帧，也称为CAN2.0A，支持11位长度的标识符；另一个是CAN扩展帧，也称为CAN2.0B，支持29位长度的标识符。
图2显示了两种规范的CAN数据帧。
远程帧：此帧由一个接收CAN节点发送，用来请求带有远程帧中规定的标识符的数据帧。
错误帧：此帧将任何总线错误通知其它单元，在接收到这个帧时发送器会自动进行消息重发。
超载帧：超载帧由一个忙的CAN节点送出，以请求在前后数据帧之间增加一个额外的延迟。
c. CAN硬件术语基本CAN(Basic CAN)控制器：这是一种廉价的CAN控制器，具有有限的发送/接收消息缓冲器，以及有限的CAN消息过滤机制。
完全CAN(Full CAN)控制器：完全CAN是一个高成本、高性能的CAN控制器，具有能缓冲8个或更多消息的缓冲器用于接收和发送。
例如，富士通的集成CAN微控制器能提供16个消息缓冲器用于接收和发送。
此外，富士通的MB90443微控制器能灵活地将两个CAN控制器的消息缓冲器组合在一个中，以形成能缓冲32个消息的缓冲器。
标准CAN控制器：该CAN控制器能够处理仅有11位标识符的消息。
扩展CAN控制器：该控制器能够处理含有11位和29位标识符的消息。
时间触发CAN(TTCAN)控制器：该CAN控制器根据时间和事件的触发来安排CAN消息，增强了CAN网络的总体性能和行为的确定性。
d. 数据方向和通信速度数据字节的传输首先从最高位开始。
一个8位的数据字节能在一次发送中进行传输，最大的CAN总线速度是1Mbps。
e. CAN在汽车中的应用图3的例子显示了CAN网络是如何通过富士通的16位CAN微控制器在汽车中应用。
f. 物理接口大多数CAN微控制器需要一个外部收发器来连接物理总线。
目前市场上提供以下一些收发器：高速CAN收发器有飞利浦的82C251，TI的SN65/75LBC031，Bosch的CF150,C250，Unitrode的UC5350；低速CAN收发器有飞利浦82C252、TJA1053，西门子TLE 6252G；单线CAN收发器有飞利浦AU5790，英飞凌TLE 6255，Delphi DK166153。