CAN基础知识课件
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• (3) 通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率 可达到1Mbps(通信距离小于40M);
• (4) CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。 CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离 小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各 个节点平等的现场中使用。
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7
CAN总线特点(2)
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22
CAN 总线组成-硬件（导线信号）
显性电平和隐形电平
CAN总线电平的差值： 电压为2V时，显性位对应“0”， 电压为0V时，隐性位对应“1”， 在一个时刻总线上只有一种电平， 显性或隐性。
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23
CAN 总线组成-硬件（导线信号）
差分传输抗干扰具有很强的能力
由于CAN-H线和CAN-L线是紧
密的放置在一起的，所以干扰脉
冲X就总是有规律地同时作用在
两条线上。
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24
CAN 总线组成-硬件（导线信号）
差分传输抗干扰具有很强的能力
由于差动信号放大器总是用CAN-H 线上的电压（3.5V-X)减去CAN-L线 上的电压(1.5V-X)，因此在经过处理 后,差动信号中就不再有干扰脉冲了.
PPT学1习5 交流
15
CAN 总线组成-硬件（导线）
传输线:两条扭绞在一起的导线称为双绞线，两条
导线分别叫CAN-High和CAN-Low线，或者简称 CAN-H和CAN-L。
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16
CAN 总线组成-硬件（导线）
为什么要使用双绞线呢？生产麻 烦还浪费材料。
+1V
外界的干扰同时作用于两根导线
CAN-H
CAN-L
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26
CAN 总线组成-软件（多主通信）
• 所有控制单元都具有相同的条件，即每一个节点的 权利相同都能占用总线（发送和接收）。
利用CSMA/CA 原理来实现多主通信。
SG 1 温度传感器
发送/接收
SG 2 控制器单元
发送/接收
SG 3 执行器控制单元
SG 4 计算机控制单元
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33
CAN的位仲裁技术
• 缺点
• 由于CAN总线采用的是固定优先级，当所有的节点都 随机的向总线发送数据时，具有低优先级的节点是比 具有高优先级的节点具有较大的发送失败几率。
• 每次具有较低优先级的节点都会在总线竞争中失败， 从而导致它一个数据都发不出去，或者发送的数据有 较大的延时
目的：防止通信出错的节点对总线上 其它节点的产生影响，保证总线上剩 下的节点能正常通信。
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36
CAN技术和485通讯的区别
• 通信距离： RS—485总线最大传输距离是1.2km； CAN总线最大传输距离是10 km。 传输速率： RS—485总线的传输速率为300—
10Mbps; CAN网络的传输速率为5K—1Mbps。 网络结构： RS—485总线网络构成主从式集散控制
• 一旦节点占用总线，就得等其使用完毕，总线空闲时， 节点才再次竞争使用总线，
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32
CAN 总线组成-软件（仲裁功能）
传感器单元
控制器单元
执行器单元 数据总线－线路
低位 高位
执行器控制单元 发送失败
控制器单元发 送失败
标识符越小优先级越高，标识符为“0000000000” 的数据报文是所有可能出现的报文中优先级最高的。
one pair 18AWG ，电缆外径8.2mm左右。适用于
室内、管道及一般工业环境。使用时，屏蔽层一
端接地！
铠装双绞屏蔽型 ASTP-120Ω（for RS485 &
CAN） one pair 18 AWG ，电缆外径12.3mm左
右。可用于干扰严重、鼠害频繁以及有防爆要求
的场所。使用时，建议铠装层两端接地，最内层
• 比如：多个节点在总线空闲时同时竞争使用总线，多个 设备都发送“1”时，就都可以继续使用总线，而当其中有 一个节点发送“0”，而其他节点继续发送“1”，那么发送“0” 的节点可以继续发送，而发送“1”的节点就要放弃使用总 线，退出总线竞争，等待下一次总线空闲在发送。 这是通过CAN的帧ID进行多主仲裁，所以ID小的CAN帧发 送优先级高，可以更多的竞争总线。
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19
CAN总线现场布线施工的电缆规格选择
• 一般推荐如下：
普通双绞屏蔽型 STP-120Ω（for RS485 & CAN）
one pair 20 AWG ，电缆外径7.7mm左右。适用
于室内、管道及一般工业环境。使用时，屏蔽层
一端接地！
普通双绞屏蔽型 STP-120Ω（for RS485 & CAN）
CAN总线
CAN
Controller（控制器） Area（局域） Network（网络）
CAN Bus-控制器局域网络总线
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2
CAN 总线系统介绍
历史:
▪ CAN是由 Bosch 和 Intel在八十年代末开发,用于 连接客车和卡车ECU的标准化的总线系统。
▪ CAN2.0标准在1991年发布，迄今沿用。 ▪ 1993年CAN 成为国际标准ISO11898(高速应用)和
11
CAN 总线组成
通信节点
通信节点
数据传输终端 数据传输线
数据传输终端
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12
CAN 总线组成-硬件（数据传输终端）
通信节点
通信节点数据传输终端 Nhomakorabea数据传输线
数据传输终端
数据传输终端实际上就是两个阻抗为120欧姆的电阻，也 称为终端电阻。总线上的总阻抗大概是60-70欧姆左右。
终端电阻的大小和传输线相关。
• (5)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输 出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 具有较强的抗干扰能力。
• (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)每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证 了数据出错率极低
• (8)节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110个；
ISO11519（低速应用）。
▪ 如今CAN总线在自动化领域中作为现场总线普遍使 用。
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3
CAN 总线系统介绍
现状:
由于CAN总线的特点，得到了Motorola，Intel， Philip，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制 领域，其应用范围目前已不仅局限于汽车行业，已经 在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、 纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械 及传感器等领域中得到了广泛应用。
通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续检查，可 以达到最低的故障率。 （6） CAN数据总线符合国际标准，以便同一个建筑内不同厂家的 控制单元间进行数据交换。
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6
CAN总线特点(1)
• (1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以 向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信，靠 各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序。 (2) 多个节点同时发起通信时，优先级低的避让 优先级高的，不会对通信线路造成拥塞;
系统； CAN可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受
数据。 网络容量： RS—485总线网络的一条通道最大可接
255个节点； CAN CAN上的节点数实际可达110个或更多。
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37
CAN技术和485通讯的区别
• 通信方式： RS—485总线网络难于进行实时通信； CAN采用非破坏性技术，当两个节点同时向
信号 = (3.5 - X) - (1.5 - X) = 2V
线路的改装和重新布置时必须要将一对CAN总线放置在一起。
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25
CAN 总线组成-硬件（通信节点）
控制设备
传感器 执行元件
模块控制器
执行设备
传感器 执行元件
模块控制器
CAN控制器
CAN控制器
TX
RX
CAN收发器
TX
RX
CAN收发器
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4
CAN 总线-优点
5 个控制器 10 个连接线
40-60 个控制器... 780-1000 个连接线
只是为了必要的数据交换 还能以此来实现必要的
原始网络
数据交换吗？
... ...
...
...
? ...
...
... ...
通过CANBUS-技术找到了 解决办法和可能性
... ...
... ...
屏蔽一端接地！
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20
CAN 总线组成-硬件（导线信号）
导线上的具体是什么样的电信号呢？
CAN总线上应该出现的只有0和1信号。
通过两条信号线上电压差的大小来表示0和1， 即差分电压传输。
信号= CAN_H - CAN_L
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21
CAN 总线组成-硬件（导线信号）
CAN总线电压信号
-1V
~0 V
产生的电磁波辐射相互抵消
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17
CAN 总线组成-硬件（导线）
为了减少干扰， CAN-Bus的传输线采用双绞线，其 绞距为20mm，截面积为0.35mm2或0.5mm2 。
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18
CAN 总线组成-硬件（导线）
修理要求： 修理时不能有大于50mm的线段不绞合。 修理点之间的距离至少要相隔100 mm，以避免干扰
...
...
... ...
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5
CAN 总线-优点
（1）利用最少的传感器信号线来传递多用途的传感信号，设备控 制更加精确、智能。
（3）线束与接头更少，故障率低，检修方便，系统稳定性高。 （4）如果系统需要增加新的功能，仅需软件升级即可。 （5）各电控单元的监测器对所连接的CAN总线进行实时监测。
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28
CAN 总线组成-软件（广播通信）
• 总线上的所有模块都能接受到发送模块送发送的信息。
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29
CAN 总线组成-软件（优先级）
传感器单元
计算机单元
控制器单元
Data bus wires
优先权？
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30
CAN 总线组成-软件（仲裁功能）
不同数据的优先级实际上通过仲裁功能来实现的。
CAN-H的高电平为：3.5伏
CAN-H的低电平为：2.5伏
CAN-L的高电平为: 2.5伏
CAN-L的低电平为：1.5伏
逻辑“1”:CAN-H =2.5V
CAN-L =2.5V
电压差= 2.5V-2.5V =0V
逻辑“0”： CAN-H =3.5V
CAN-L =1.5V
电压差= 3.5V-1.5 =2.0V
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34
CAN 总线组成-软件（错误重传）
错误重传功能：当某一通信节点发送 一个数据帧之后，它必须接受到一个 应答信号，才认为发送已经成功，否 则该通讯节点重发该数据帧。
目的：在存在干扰的情况下，尽可能 的保证通讯能够成功。
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35
CAN 总线组成-软件（错误断开）
错误断开功能：当某一通信节点出现 一定次数的通信错误后，能主动从总 线上退出。相当于该节点从物理上同 总线断开连接。
PPT学1习3 交流
13
CAN 总线组成-硬件（分支
线）通信节点
通信节点
数据传输终端
数据传输线
数据传输终端
分支线的长度不能太长，一般要去不要超过6M
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14
CAN 总线组成-硬件（通信节 点）
通信节点
通信节点
数据传输终端
数据传输线
数据传输终端
通信节点：总线上数据通信的发起者和接受者。
在楼宇自动化系统中CAN总线的通信节点一般是各种电脑， 传感器，控制器，执行器等。
发送/接收
发送/接收
CAN-Bus
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27
CSMA/CA 原理
• CSMA/CA协议的工作流程是:一个工作站希望在网络中传 送数据，如果没有探测到网络中正在传送数据，则附加 等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果 网路中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。接受端 的工作站如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个 ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个 数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则 或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送 失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一 段时间后被重传。
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8
CAN 总线系统-基础概念
数据总线:各个节点间进行数据通信的
通道，即所谓的信息高速公路。
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9
CAN 总线系统-基础概念
多路传输:在同一个通道上或线路上同
时进行多条信息的传输。
CAN总线使用的“时分多路传输”
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10
CAN 总线组成
硬件
CAN 总线
软件
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▪ 在总线空闲状态，最先开始发送消息的单元 获得发送权。
仲裁功能：如果2个或2个以上的单元同时 开始传送报文，那么就会有总线访问冲突， 仲裁的机制确保了报文和时间均不损失， 保证高优先级数据的顺利传输。
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31
CAN的位仲裁技术
• 多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁域的第 一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继 续发送。丢失竞争的单元在下一bit进入接收操作。
• (4) CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。 CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离 小数据量，实时性要求比较高，多主多从或者各 个节点平等的现场中使用。
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7
CAN总线特点(2)
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CAN 总线组成-硬件（导线信号）
显性电平和隐形电平
CAN总线电平的差值： 电压为2V时，显性位对应“0”， 电压为0V时，隐性位对应“1”， 在一个时刻总线上只有一种电平， 显性或隐性。
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CAN 总线组成-硬件（导线信号）
差分传输抗干扰具有很强的能力
由于CAN-H线和CAN-L线是紧
密的放置在一起的，所以干扰脉
冲X就总是有规律地同时作用在
两条线上。
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CAN 总线组成-硬件（导线信号）
差分传输抗干扰具有很强的能力
由于差动信号放大器总是用CAN-H 线上的电压（3.5V-X)减去CAN-L线 上的电压(1.5V-X)，因此在经过处理 后,差动信号中就不再有干扰脉冲了.
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CAN 总线组成-硬件（导线）
传输线:两条扭绞在一起的导线称为双绞线，两条
导线分别叫CAN-High和CAN-Low线，或者简称 CAN-H和CAN-L。
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CAN 总线组成-硬件（导线）
为什么要使用双绞线呢？生产麻 烦还浪费材料。
+1V
外界的干扰同时作用于两根导线
CAN-H
CAN-L
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CAN 总线组成-软件（多主通信）
• 所有控制单元都具有相同的条件，即每一个节点的 权利相同都能占用总线（发送和接收）。
利用CSMA/CA 原理来实现多主通信。
SG 1 温度传感器
发送/接收
SG 2 控制器单元
发送/接收
SG 3 执行器控制单元
SG 4 计算机控制单元
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CAN的位仲裁技术
• 缺点
• 由于CAN总线采用的是固定优先级，当所有的节点都 随机的向总线发送数据时，具有低优先级的节点是比 具有高优先级的节点具有较大的发送失败几率。
• 每次具有较低优先级的节点都会在总线竞争中失败， 从而导致它一个数据都发不出去，或者发送的数据有 较大的延时
目的：防止通信出错的节点对总线上 其它节点的产生影响，保证总线上剩 下的节点能正常通信。
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CAN技术和485通讯的区别
• 通信距离： RS—485总线最大传输距离是1.2km； CAN总线最大传输距离是10 km。 传输速率： RS—485总线的传输速率为300—
10Mbps; CAN网络的传输速率为5K—1Mbps。 网络结构： RS—485总线网络构成主从式集散控制
• 一旦节点占用总线，就得等其使用完毕，总线空闲时， 节点才再次竞争使用总线，
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CAN 总线组成-软件（仲裁功能）
传感器单元
控制器单元
执行器单元 数据总线－线路
低位 高位
执行器控制单元 发送失败
控制器单元发 送失败
标识符越小优先级越高，标识符为“0000000000” 的数据报文是所有可能出现的报文中优先级最高的。
one pair 18AWG ，电缆外径8.2mm左右。适用于
室内、管道及一般工业环境。使用时，屏蔽层一
端接地！
铠装双绞屏蔽型 ASTP-120Ω（for RS485 &
CAN） one pair 18 AWG ，电缆外径12.3mm左
右。可用于干扰严重、鼠害频繁以及有防爆要求
的场所。使用时，建议铠装层两端接地，最内层
• 比如：多个节点在总线空闲时同时竞争使用总线，多个 设备都发送“1”时，就都可以继续使用总线，而当其中有 一个节点发送“0”，而其他节点继续发送“1”，那么发送“0” 的节点可以继续发送，而发送“1”的节点就要放弃使用总 线，退出总线竞争，等待下一次总线空闲在发送。 这是通过CAN的帧ID进行多主仲裁，所以ID小的CAN帧发 送优先级高，可以更多的竞争总线。
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CAN总线现场布线施工的电缆规格选择
• 一般推荐如下：
普通双绞屏蔽型 STP-120Ω（for RS485 & CAN）
one pair 20 AWG ，电缆外径7.7mm左右。适用
于室内、管道及一般工业环境。使用时，屏蔽层
一端接地！
普通双绞屏蔽型 STP-120Ω（for RS485 & CAN）
CAN总线
CAN
Controller（控制器） Area（局域） Network（网络）
CAN Bus-控制器局域网络总线
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CAN 总线系统介绍
历史:
▪ CAN是由 Bosch 和 Intel在八十年代末开发,用于 连接客车和卡车ECU的标准化的总线系统。
▪ CAN2.0标准在1991年发布，迄今沿用。 ▪ 1993年CAN 成为国际标准ISO11898(高速应用)和
11
CAN 总线组成
通信节点
通信节点
数据传输终端 数据传输线
数据传输终端
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CAN 总线组成-硬件（数据传输终端）
通信节点
通信节点数据传输终端 Nhomakorabea数据传输线
数据传输终端
数据传输终端实际上就是两个阻抗为120欧姆的电阻，也 称为终端电阻。总线上的总阻抗大概是60-70欧姆左右。
终端电阻的大小和传输线相关。
• (5)CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输 出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 具有较强的抗干扰能力。
• (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)每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证 了数据出错率极低
• (8)节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110个；
ISO11519（低速应用）。
▪ 如今CAN总线在自动化领域中作为现场总线普遍使 用。
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CAN 总线系统介绍
现状:
由于CAN总线的特点，得到了Motorola，Intel， Philip，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制 领域，其应用范围目前已不仅局限于汽车行业，已经 在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、 纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械 及传感器等领域中得到了广泛应用。
通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续检查，可 以达到最低的故障率。 （6） CAN数据总线符合国际标准，以便同一个建筑内不同厂家的 控制单元间进行数据交换。
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CAN总线特点(1)
• (1) 数据通信没有主从之分，任意一个节点可以 向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信，靠 各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序。 (2) 多个节点同时发起通信时，优先级低的避让 优先级高的，不会对通信线路造成拥塞;
系统； CAN可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受
数据。 网络容量： RS—485总线网络的一条通道最大可接
255个节点； CAN CAN上的节点数实际可达110个或更多。
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CAN技术和485通讯的区别
• 通信方式： RS—485总线网络难于进行实时通信； CAN采用非破坏性技术，当两个节点同时向
信号 = (3.5 - X) - (1.5 - X) = 2V
线路的改装和重新布置时必须要将一对CAN总线放置在一起。
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CAN 总线组成-硬件（通信节点）
控制设备
传感器 执行元件
模块控制器
执行设备
传感器 执行元件
模块控制器
CAN控制器
CAN控制器
TX
RX
CAN收发器
TX
RX
CAN收发器
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CAN 总线-优点
5 个控制器 10 个连接线
40-60 个控制器... 780-1000 个连接线
只是为了必要的数据交换 还能以此来实现必要的
原始网络
数据交换吗？
... ...
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... ...
通过CANBUS-技术找到了 解决办法和可能性
... ...
... ...
屏蔽一端接地！
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CAN 总线组成-硬件（导线信号）
导线上的具体是什么样的电信号呢？
CAN总线上应该出现的只有0和1信号。
通过两条信号线上电压差的大小来表示0和1， 即差分电压传输。
信号= CAN_H - CAN_L
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CAN 总线组成-硬件（导线信号）
CAN总线电压信号
-1V
~0 V
产生的电磁波辐射相互抵消
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CAN 总线组成-硬件（导线）
为了减少干扰， CAN-Bus的传输线采用双绞线，其 绞距为20mm，截面积为0.35mm2或0.5mm2 。
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CAN 总线组成-硬件（导线）
修理要求： 修理时不能有大于50mm的线段不绞合。 修理点之间的距离至少要相隔100 mm，以避免干扰
...
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... ...
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CAN 总线-优点
（1）利用最少的传感器信号线来传递多用途的传感信号，设备控 制更加精确、智能。
（3）线束与接头更少，故障率低，检修方便，系统稳定性高。 （4）如果系统需要增加新的功能，仅需软件升级即可。 （5）各电控单元的监测器对所连接的CAN总线进行实时监测。
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CAN 总线组成-软件（广播通信）
• 总线上的所有模块都能接受到发送模块送发送的信息。
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CAN 总线组成-软件（优先级）
传感器单元
计算机单元
控制器单元
Data bus wires
优先权？
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CAN 总线组成-软件（仲裁功能）
不同数据的优先级实际上通过仲裁功能来实现的。
CAN-H的高电平为：3.5伏
CAN-H的低电平为：2.5伏
CAN-L的高电平为: 2.5伏
CAN-L的低电平为：1.5伏
逻辑“1”:CAN-H =2.5V
CAN-L =2.5V
电压差= 2.5V-2.5V =0V
逻辑“0”： CAN-H =3.5V
CAN-L =1.5V
电压差= 3.5V-1.5 =2.0V
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CAN 总线组成-软件（错误重传）
错误重传功能：当某一通信节点发送 一个数据帧之后，它必须接受到一个 应答信号，才认为发送已经成功，否 则该通讯节点重发该数据帧。
目的：在存在干扰的情况下，尽可能 的保证通讯能够成功。
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CAN 总线组成-软件（错误断开）
错误断开功能：当某一通信节点出现 一定次数的通信错误后，能主动从总 线上退出。相当于该节点从物理上同 总线断开连接。
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CAN 总线组成-硬件（分支
线）通信节点
通信节点
数据传输终端
数据传输线
数据传输终端
分支线的长度不能太长，一般要去不要超过6M
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CAN 总线组成-硬件（通信节 点）
通信节点
通信节点
数据传输终端
数据传输线
数据传输终端
通信节点：总线上数据通信的发起者和接受者。
在楼宇自动化系统中CAN总线的通信节点一般是各种电脑， 传感器，控制器，执行器等。
发送/接收
发送/接收
CAN-Bus
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CSMA/CA 原理
• CSMA/CA协议的工作流程是:一个工作站希望在网络中传 送数据，如果没有探测到网络中正在传送数据，则附加 等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果 网路中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。接受端 的工作站如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个 ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个 数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则 或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送 失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一 段时间后被重传。
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CAN 总线系统-基础概念
数据总线:各个节点间进行数据通信的
通道，即所谓的信息高速公路。
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CAN 总线系统-基础概念
多路传输:在同一个通道上或线路上同
时进行多条信息的传输。
CAN总线使用的“时分多路传输”
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CAN 总线组成
硬件
CAN 总线
软件
PPT学习交流
▪ 在总线空闲状态，最先开始发送消息的单元 获得发送权。
仲裁功能：如果2个或2个以上的单元同时 开始传送报文，那么就会有总线访问冲突， 仲裁的机制确保了报文和时间均不损失， 保证高优先级数据的顺利传输。
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CAN的位仲裁技术
• 多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁域的第 一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继 续发送。丢失竞争的单元在下一bit进入接收操作。