第五课第三章CAN总线系统结构
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总线讲义
J1939 PDU 协议数据单元
P
R
D P
PF
PS
SA
DATA
3 11 8
8
8
64
1.优先级（P） 这三位仅在总线传输中用来优化消息延迟(即总线仲裁)，消息优 先级可从最高0(000)设置到最低7(111).所有控制消息的缺省优先 级是3(011).其他所有信息、专用、请求和ACK消息的缺省优先 级是6(110). 2.保留位（R） 保留此位以备今后开发使用,所有消息应在传输中将SAE保留位 置0. 3 数据页（DP） 数据页位选择参数组描述的辅助页.置位0或1.
CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业 控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为 大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。
其典型的应用协议有：SAE J1939/ISO11783、 CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。
1、SAE J1939 协议
0 1 2
15 16 报文发送 17 18
19
MSCAN控制寄存器0(CANCTL0) MSCAN控制寄存器1(CANCTL1)
MSCAN总线计时寄存器0(CANBTR0) MSCAN总线计时寄存器1(CANBTR1)
MSCAN接受标志寄存器(CANRFLG) MSCAN接受中断使能寄存器(CANRIER)
20 世纪 80 年代初德国 BOSH 公司为解决现代汽车众多 控制单元、测试仪器之间实时交换数据而开发的一种串行通 讯协议,经多次修订,于1991年9月形成技术规范 2.0版本,该版 本包括 2.0A(11位标准帧格式)和 2.0B(29位扩展帧格式)两部 分.
美国的汽车工程学会SAE于2000年以CAN2.0B为基础 ,提 出 J1939 通讯协议 .
CAN网络结构原理分析
1.2 CAN数据总线
► 1 CAN数据总线组成及特点 ► 2 CAN数据总线原理 ► 3 CAN数据总线应用 ► 4 CAN数据总线诊断及维修
CAN数据总线 CAN网络的定义
► CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德 国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。
CAN数据总线 CAN网络的组成
► CAN总线的组成-连接结构 ► 节点连接 ► CAN分离插头
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
► CAN分离插头
► A8’03、A6’05 和奥迪Q7 的中央 电缆连接器位于左侧和右侧仪表板上 ，配备有分离插头。分离插头内具有 用于驱动CAN 和舒适CAN 的跳线。
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
► CAN网络的信号转换特征
► 舒适CAN总线信号特征
电位 显性 隐性
逻辑状态 0 1
U（ CAN-High –对地） U（ CAN-Low –对地）
3.6 V
1.4 V
0V
5V
电压差 2.2 V -5 V
• 在显性状态时，CAN-Low线上的电压降至1.4V；
• 在隐性状态时，CAN-High线上的电压约为0V， CAN-Low线上的电压约为5V；
• 在显性状态时，CAN-High线上的电压约为3.6V。
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
► 信号的数据格式
CAN数据总线 CAN网络的原理
► CAN数据总线的抗干扰特性
CAN数据总线 CAN网络的基本原理
此时总线电压：低位线：12V，高位线：0V 。
can总线的工作原理
can总线的工作原理CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线是一种多节点、分布式的串行通信协议，用于在不同的设备（如汽车电子控制单元）之间进行通信。
其工作原理如下：1. 总线结构：CAN总线包括两个主要组成部分：控制器和节点。
控制器负责管理总线上的通信，而节点则是实际的设备。
2. 通信速率：CAN总线使用串行通信方式，在一个时间周期内传输一位的数据。
通信速率可以根据需求进行调整，常见的有125kbps、250kbps和500kbps等。
3. 帧格式：CAN通信使用帧格式进行数据传输。
一个帧包括标识符、控制位、数据段和校验位等。
标识符用于确定帧的优先级和发送者的身份，控制位用于控制数据的传输方式，数据段用于传输实际的数据，校验位用于检查数据的完整性。
4. 预定位位：CAN总线使用预定位位来确保总线上的节点在发送数据之前处于同一状态。
当节点准备好发送数据时，首先发送一个断开位（Dominant），然后等待总线上所有节点一起发送一个随机位（Arbitration）。
节点在发送随机位时会检测总线上的信号，如果发现有其他节点同时发送了同样的位，则会停止发送，并等待下一个时间周期再次发送。
5. 碰撞检测：如果两个或多个节点同时发送数据，会发生碰撞（Collision）。
CAN总线通过监听总线上的信号来检测碰撞，并使用位优先级来解决冲突。
发送高优先级的节点会优先发送数据，低优先级的节点则会停止发送。
6. 增强型CAN（CAN FD）：为了提高数据传输速率，增强型CAN通过增加数据段长度和引入一些新的特性来实现更高的传输速率。
总的来说，CAN总线的工作原理是通过预定位位和碰撞检测来保证多个节点间的通信正常进行，从而实现数据的可靠传输。
《CAN总线》PPT课件
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29
3.2.1.6 CAN振荡器容差的提高
为使振荡器容差最大值由当前的 0.5%提高到 1.5%，并与当前CAN指标向前兼容，CAN2.0进 行了下列修正：
1.若一个CAN节点在间歇场的第3位采样到一个 显性位，则它将此位理解为帧起始位；
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3
3.2.1.4 错误类型和界定
➢填充错误(Stuff Error) 在应使用位填充方法进行编码的报文中，
出现了第6个连续相同的位电平时，将检出一 个填充错误。
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4
3.2.1.4 错误类型和界定
➢CRC错误(CRC Error) CRC序列是由发送器完成的CRC计算结果
组成的。接收器以与发送器相同的方法计算 CRC。如果计算结果与接收到的CRC序列不 相同，则检出一个CRC错误。
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3.2.1.5 位定时要求
➢重同步跳转宽度(Resynchronization Jump Width)— — 作 为 重 同 步 的 结 果 , PHASE-SEG1 可 被 延 长 或 PHASE-SEG2可被缩短。这两个相位缓冲段的延长 或缩短的数值有一个由重同步跳转宽度给定的上限。 重同步跳转宽度应编程为1和min(4,PHASE-SEG1)之 间。 ➢时钟信息可由一位数值到另一位数值的跳变取得。 具有相同数值的连续位的最大个数是唯一而固定的， 这一特性提供了在帧期间总线单元重同步于位流的 可能性。可被用于重同步的两个跳变之间的最大长 度是29个位时间。
在CAN总线中，就故障界定而言，一个单元 （节点）可能处于三种状态：
➢ “错误激Leabharlann ”(“Error Active”) ➢ “错误认可”(“Error Passive”) ➢ “总线脱离”(“Bus off”)
CAN总线
3
CAN 总 线
4
CAN的工作原理、特点
1．CAN 的工作原理
CAN总线标准包括物理层、数据链路层，其中链路层定 义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与故 障处理的方式。
当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。
每组报文开头的11位字符为标识符(CAN2.0A)，定义了 报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。
➢ 仲裁场（标准格式）由11位标识符ID28~ ID18、远程发送 请求位RTR（Remote Transmission Request BIT）组成， 其中ID高七位不可全为1（隐性）；
➢ 仲裁场（扩展格式）由29位标识符ID28~ ID0、SRR位、识 别符扩展位IDE(Identifier Extension Bit)位、RTR位组成；
错误状态类型
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➢ 主动错误状态
✓ 主动错误状态是可以正常参加总线通信的状态。
✓ 处于主动错误状态的单元检测出错误时，输出主动错误
标志。
➢ 被动错误状态
✓ 被动错误状态是易引起错误的状态。
✓ 处于被动错误状态的单元虽能参加总线通信，但为不妨
碍其它单元通信，接收时不能积极地发送错误通知。
✓ 处于被动错误状态的单元即使检测出错误，而其它处于
求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要 发送数据时，要求快速地进行总线分配。 ➢ 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。通过使用识别符的位形式仲裁可以解决这 个冲突。 ➢ CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合 在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优 先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被 更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。
can总线的基本组成
can总线的基本组成
CAN总线的基本组成包括以下几个方面：
1. 总线控制器（Controller）：总线控制器是CAN总线的核心
组成部分，负责实现总线的控制和管理。
它可以是硬件的
CAN控制器，也可以是软件的应用层控制器。
总线控制器负
责发送和接收数据帧、处理错误和冲突、监控总线状态等。
2. 节点（Node）：CAN总线上的每个设备都是一个节点。
节
点可以是传感器、执行器、控制器等。
节点通过总线控制器与总线进行通信。
3. 电缆（Cable）：CAN总线使用双绞线（Twisted Pair）作为
物理层传输介质。
双绞线能够减少干扰和噪声，提高传输质量。
4. 终端电阻（Termination Resistor）：为了保证总线信号的正
确传输，CAN总线两端通常都需要安装终端电阻。
终端电阻
的阻值通常为120 Ω，用于抑制反射和信号回波。
5. 数据帧（Frame）：CAN总线使用数据帧作为通信单位。
数
据帧包括标识符、控制字段、数据字段和校验字段等。
数据帧分为数据帧和远程帧两种类型。
6. 网络拓扑：CAN总线可以采用线性总线拓扑或者星型拓扑。
线性总线拓扑中，所有节点连接在一条主线上。
星型拓扑中，每个节点都连接到一个中央集线器或交换机。
总线控制器、节点、电缆、终端电阻、数据帧和网络拓扑是构成CAN总线系统的基本组成部分。
《CAN总线培训讲义》课件
5. CAN总线的工作原理
CAN总线通过差分信号传输数据，使用CSMA/CD（载波监听多点接入/冲突检测）协议来实现节点之间 的通信。 每个节点都可以发送和接收数据帧，通过仲裁和优先级来决定哪个节点有权发送数据。
6. CAN总线的数据传输方式
1
帧扩展（Extended Frame）
用于传输较长的数据，采用29位标识符。
2 带宽
CAN总线的带宽可以根据需要进行分配，可同时传输多个节点的数据。
8. CAN总线的消息格式和帧结 构
CAN总线数据帧包括了标识符（ID）、数据长度码（DLC）、数据域 （Data）、CRC（循环冗余检测）和其他控制字段。
它们的组合形成了具有特定结构的消息格式，用于传输各种类型的数据。
2. CAN总线的起源和历史
CAN总线最早由德国汽车制造商Bosch于1983年开发，并于1986年发布。它起初用于汽车领域，作为 一种车载网络通信协议。 随着时间的推移，CAN总线逐渐被广泛应用于其他领域，成为一种通用的数据总线协议。
3. CAN总线的应用场景和优势
汽车行业
CAN总线在汽车电子系统 中实现快速、可靠的车辆 内部通信，包括引擎管理、 驱动控制me）
用于传输较短的数据，采用11位标识符。
3
远程帧（Remote Frame）
用于请求数据，不包含实际数据内容。
7. CAN总线的通信速率和带宽
1 通信速率
CAN总线支持不同的通信速率，最常用的是100 kbps、250 kbps、500 kbps和1 Mbps。
工业自动化
在工业领域，CAN总线用 于控制系统、仪器仪表以 及机器人等设备之间的高 效通信。
航空航天
满足航空航天领域对实时 性、可靠性和安全性的高 要求，用于飞行控制、通 信和导航等关键系统。
can 总线原理和应用系统设计
can 总线原理和应用系统设计
总线原理是一种用于实现信息传输的基本电子线路设计原理。
它通常被应用于计算机系统、通信系统、工业自动化系统等各种电子设备中，以实现各个功能模块之间的数据交互和通信。
在计算机系统中，总线原理被广泛应用于数据传输的设计中。
计算机系统中的各个硬件设备（如处理器、内存、输入输出设备等）通过总线相互连接，在总线上进行数据的传输和交换。
总线的设计需要考虑多个因素，包括数据传输速率、总线宽度、总线类型等。
总线原理的设计可以分为三个主要的部分：总线结构、总线传输方式和总线协议。
总线结构是指总线的物理布局和拓扑结构，例如单总线结构、多总线结构等。
总线传输方式是指数据在总线上的传输方式，例如并行传输、串行传输等。
总线协议是指数据在总线上的传输规则和约定，例如地址识别、数据同步等。
总线原理的设计旨在提高系统的数据传输效率和可靠性。
通过合理设计总线结构、选择合适的总线传输方式和设计有效的总线协议，可以实现数据高速传输、有效地实现数据交互和通信，并提高系统的性能和可靠性。
总线原理的应用还涉及到系统设计中的其他方面，例如设备的选择和配置、设备之间的通信协议等。
在设计应用系统时，需要考虑总线的带宽、延迟、容错能力等因素，以满足系统的需求。
总的来说，总线原理是一种关键的电子线路设计原理，它在计算机系统和其他电子设备中起着重要的作用。
通过合理的总线设计，可以提高系统的数据传输效率和可靠性，满足系统的需求。
CAN数据总线的结构原理课件
CAN总线接口电路
1
电气特性
2
深入了解CAN总线不同电气特性的要求。
3
总线驱动器和接收器
了解总线驱动器和接收器的作用以及它 们如何在网络中实现。
传输媒介
了解CAN总线支持的传输媒介，例如双 绞线、光纤或无线电波。
CAN总线通信协议
OSI参考模型
了解OSI参考模型，便于理解 CAN总线的通信协议。
总线保护机制
探索CAN总线的差错反馈机制和故障恢复机制。
报文类型
介绍CAN总线的不同报文类型以及它们如何影响 数据传输和处理。
标识符
了解CAN总线标识符的格式，以及如何将消息从 主机传输到从机。
时间戳
了解时间戳可确保CAN报文的精确排序。
CAN总线主机和从机的寄存器配置
内存映射
了解如何将寄存器映射到主机的 内存中。
了解这些通信方式如何影响数据 传输和连接器设计。
并行和串行通信
比较并行和串行通信，了解哪种 方式更适合您的应用。
CAN数据链路层介绍
数据链路层的功能
介绍数据链路层的功能和它在CAN总线上的作用。
帧的种类
介绍CAN总线数据帧的两种基本种类。
帧的结构
深入了解CAN总线数据帧的不同字段及其作用。
数据速率和帧长度
寄存器地址
介绍如何访问CAN总线主机和从 机的寄存器。
寄存器设置
深入了解CAN总线主机和从机的 寄存器设置，以确保正常通信。
CAN数据总线的结构原理
从概述到未来发展方向了解CAN数据总线。探索它在汽车电子控制、医疗设 备、工业自动化和网络通信中的应用。了解优点和缺点，并介绍竞争技术。
can总线结构和原理
can总线结构和原理CAN（Controller Area Network）总线是一种用于实时应用的串行通信协议，最早由德国的Bosch公司于1986年开发，用于汽车电子系统中的通信。
CAN总线广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备和航空航天等领域。
CAN总线结构：CAN总线结构由总线线缆、节点和总线控制器组成。
1.总线线缆：CAN总线使用双绞线或者双绞线和同轴电缆的组合作为传输介质。
双绞线提供数据传输，而同轴电缆用于提供电源供给。
2.节点：CAN总线上的每个设备都是一个节点，每个节点都有一个唯一的标识符（ID），用于识别发送的消息。
节点可以是传感器、执行器、控制器或者其他类型的设备。
3.总线控制器：总线控制器是负责协调总线上数据传输的硬件模块。
总线控制器负责发送和接收消息、识别和处理冲突、错误检测和纠正等功能。
CAN总线原理：CAN总线采用了一种CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection）的多路访问协议，即载波监听多路访问/冲突检测。
1. 载波监听（Carrier Sense）：当一个节点准备发送数据时，它会监听总线上是否有其他节点正在发送数据。
如果总线上没有其他节点发送数据，则该节点可以开始发送数据。
如果检测到总线上有其他节点发送数据，该节点会等待一段时间后再次检测。
2. 多路访问（Multiple Access）：多个节点共享同一条总线进行数据传输。
每个节点都可以发送数据，并且总线上的数据包可以同时传输。
3. 冲突检测（Collision Detection）：如果两个或更多节点同时发送数据，会发生冲突。
当发生冲突时，发送数据的节点会检测到冲突，并根据一定的算法来处理。
冲突处理算法包括“非破坏性比特计数”和“非破坏性位定位”。
CAN总线的优点：1.实时性：CAN总线具有很高的实时性，可以在毫秒级别的时间内传输数据。
2.高可靠性：CAN总线采用了冲突检测和纠正机制，可以保证数据的可靠性和完整性。
can总线拓扑结构类型
can总线拓扑结构类型Can总线拓扑结构类型Can总线是一种广泛应用于工业控制领域的通信总线，它可以实现多个设备之间的数据传输和通信。
Can总线的拓扑结构类型有多种，包括线性拓扑、星型拓扑、总线拓扑和混合拓扑。
本文将对这四种拓扑结构类型进行详细介绍。
一、线性拓扑线性拓扑是Can总线最基本的拓扑结构类型，也是最简单的一种结构。
在线性拓扑中，所有设备按照一定的顺序连接在一条主线上，数据通过主线依次传输到各个设备。
线性拓扑结构简单清晰，易于实现和维护，但是在大规模系统中存在传输延迟和信号衰减的问题。
二、星型拓扑星型拓扑是Can总线中常见的拓扑结构类型，它将所有设备连接到一个中央节点上。
中央节点负责转发数据，实现设备之间的通信。
星型拓扑结构具有良好的灵活性和可扩展性，可以方便地增加或删除设备，但是中央节点的故障会导致整个系统瘫痪。
三、总线拓扑总线拓扑是Can总线中最常用的拓扑结构类型，也是Can总线的特点之一。
在总线拓扑中，所有设备都连接在同一条总线上，通过总线实现数据的传输和通信。
总线拓扑结构简单直观，能够实现高效的数据传输，但是当设备数量增多时，总线可能会出现带宽瓶颈和信号干扰的问题。
四、混合拓扑混合拓扑是Can总线中复杂的一种拓扑结构类型，它将多种拓扑结构进行组合，形成一个复杂的网络结构。
混合拓扑结构可以根据实际需求灵活设计，既能满足不同设备之间的通信需求，又能保证系统的可靠性和稳定性。
混合拓扑结构的设计和维护较为复杂，需要合理规划和管理。
总结起来，Can总线的拓扑结构类型包括线性拓扑、星型拓扑、总线拓扑和混合拓扑。
不同的拓扑结构类型适用于不同的应用场景，可以根据实际需求进行选择和设计。
在实际应用中，需要综合考虑系统的可靠性、性能、成本等因素，选择最适合的拓扑结构类型。
同时，对于大规模系统，还需要合理规划和管理拓扑结构，以确保系统的稳定运行和高效通信。
Can总线的拓扑结构类型是Can总线应用中的重要内容，对于工程师和技术人员来说，了解和掌握这些拓扑结构类型对于设计和实施Can总线系统具有重要意义。
CAN总线详细讲解1
同步 字符
数据 数据 字符1 字符2
…
数据字 数 据 校 验 符n-1 字符n 字 符
(校验 字符)
CAN 总线系统-基础概念
异步通信(Asynchronous Communication) 在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位组成数据帧进行传送的。收、
发端各有一套彼此独立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式相同， 因此可以相互识别接收到的数据信息。
CAN 总线系统-基础概念 3. 循环冗余码校验(CRC)
循环冗余码校验的基本原理是将一个数据块看成 一个位数很长的二进制数，然后用一个特定的数去除 它，将余数作校验码附在数据块之后一起发送。接收 端收到该数据块和校验码后，进行同样的运算来校验 传送是否出错。 目前CRC已广泛用于数据存储和数据通信中，并 在国际上形成规范，市面上已有不少现成的CRC软件 算法。
通过CANBUS-技术找到了 解决办法和可能性
只是为了必要的数据交换 还能以此来实现必要的 数据交换吗？ 原始网络
... ... ...
...
... ...
... ... ... ...
... ... ...
?
...
...
...
CAN 总线-优点
各控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换—— CAN数据总线
由于CAN总线的特点，得到了Motorola，Intel，Philip，Siemence，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。
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CAN 总线组成-硬件（通信节点）
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图3.1中可得到最小的单回路控制系统。 + －
控制器
执行器
传感器
多个互不相干的控制回路共享一个网络－－CAN总线。
现场总线技术
从现场总线控制系统（FCS）的概念来说，传感器节点、执 行器节点都可以集成控制器，即所谓的智能节点，这样就形 成了真正分步式（主要指算法分散）的网络控制系统。
如果计算机系统嵌入：
嵌入控制器算法－－－－控制器节点
带有传感器接口－－－－智能传感器节点
用来驱动执行器－－－－执行器节点
现场总线技术
3.3CAN总线系统的拓扑结构
将网络中的设备定位为节点，把两个设备之间的连接线路定 义为链路。网络就是由一组节点和链路组成的几何图形。
网络拓扑结构设计是构建计算机网络的第一步，也是实现各 种网络协议的基础，它对网络的性能、可靠性和通2、环形拓扑
每个节点与最近的节点相连接以使整个网络形成一 个环，数据沿着环的一个方向发送。
当环中的节点不断增加时，响应时间变长。结构不易于扩展。
单个节点或一处线缆发生故障将会造成整个网络的瘫痪，因 此，一些CAN总线采用双环结构以提供容错。
现场总线技术
3、星形拓扑
星形拓扑中，网络中的每个节点通过一个中央设备，如集线 器连接在一起。 任何单根电线只连接两个设备（如一个工作站和一个集线 器），电缆问题只影响两个节点。 单个电缆或节点发生故障，将不会导致整个网络的通信中断。 但中央设备的失败会造成一个星形网络的瘫痪。 是CAN局域网也是以太网中常用的拓扑结构。
RH6 PC 机 控制器 DVT
目标
CAN 卡
现场总线技术
CAN总线的应用举例
工控机 码跺机器人
控制器
拆跺机器人
托盘2 检测点3 传送线
DVT 检测点1 检测点2
托盘1
现场总线技术
CAN作为局域网还可以通过网关和其他网络如以太网互联 构成大型复杂的控制网络结构，如下图所示：
图3.1 CAN总线控制系统的结构
很多工业控制系统应用了基于CAN总线的网络控制系统，而 这些网络控制系统一般具有复杂的拓扑结构。 以一个16位微处理器的CAN网关的设计为例:
第三章
CAN总线系统的结构原理
3.1 CAN总线系统的构成 通信介质：双绞线、同轴电缆或光纤。 CAN是一种现场总线，支持分布式控制，或实时控制的 串行通信网络，隶属于控制网络的范畴。 CAN控制网络：一般由控制器节点、传感器节点、执行器 节点以及监控节点（人机界面）。
现场总线技术
实际机器人系统的图
从机执行主机的指令，显示运行信息，向主机传送检测 数据；CAN接口电路负责各节点间的串行通信，两只 120Ω的电阻作为CAN总线的匹配电阻。
现场总线技术
3.2CAN总线系统的节点
3.2.1节点的概念
节点一般是指挂在CAN总线上的传感部件、执行部件或控制单元。
节点间通过对等的传播数据来实现网络通信。 节点的微控制器和上位机之间的通信可以是单向的，也可以 双向。 在双向传输信息模式中，上位机可以通过节点传来的数据和 状态值，进行报警或调整等反馈措施。
按几何图形的形状可分为：总线拓扑、环形拓扑、星形拓扑 和网状拓扑。
现场总线技术
1、总线拓扑
2、环形拓扑
3、星形拓扑
现场总线技术
1、总线拓扑
总线型拓扑由单根电缆组成，仅仅能支持一种信道， 所有节点共享全部带宽。
组建成本很低，但其扩展性差。节点数量增加，网 络性能下降。总线容错能力较差，某个中断或故障 将会影响整个网络的数据传输。
图3.1的CAN局域网控制系统可以作为整个大型控制系统的 一个子系统，这时，CAN通过网关和整个系统建立联系。
现场总线技术
一个简单的CAN总线系统由上位计算机和微控制器构成。
一般为：通用个人计算机和CAN总线接口（CAN适配卡和若干个CAN网 络节点）。
PCL-841 ISACAN卡
现场总线技术
PCL-841采用直接存储器映射，可高速访问CAN控制器。PCL841被分配给了一个内存地址，并且由于PCL-841被PC当作标准 的RAM，因此它能够提供高速的数据访问功能。并且卡上带有 光隔离器，能够保护PC和设备免受接地回路的破坏，大大增强 了系统在恶劣环境下的可靠性。
现场总线技术
3.2.2节点的组成
由于总线收发器物理信号驱动能力有限，在一个CAN总线 网络上，最多可挂接110个节点设备。
图3.3常用CAN节点的结构
现场总线技术
它是一个计算机系统、通用PC系统或嵌入式处理器系统。 其关键部分是CAN网络控制器和CAN总线接收发器，由它们 来实现CAN总线的物理 层和数据链路层协议，它们和计算机 系统就可以实现CAN网络的通信。
现场总线技术
4、网状结构
每两个节点之间都是直接互联的，常用于广域网。
由于每个节点都是互联的，当一个连接出了问题，能轻易迅 速的更改数据的传输路径。 是最具有容错性的网络，缺点是：成本问题。
为了缩减成本，可以选择半网状结构，通过星形或环状形拓扑 结构连接次要的节点。
现场总线技术
3.4基于CAN总线构建复杂拓扑结构的工业控制系统
现场总线技术
CAN是多主发送的，无所谓主节点和从节点的概念， 但是在有些具体的应用中,为了系统的可靠性以及整 体设计的考虑还是分为主节点和从节点。
主机 CAN接口
120Ω
120Ω
CAN接口 从机1
CAN接口 从机2
图3.2一种简单的CAN总线系统
现场总线技术
图3.2的原理
主机（主节点）负责监控各个从机（从节点），向从机发 布指令，并接收、处理从机传来的检测数据；
(1)能同时操作两个独立CAN网络
(2)采用SJA100CAN控制器和82C250 CAN收发器
(3)1Mbps高传输速率 (4)16MHz CAN控制器频率 (5)占用4KB地址空间，从C800H到EF00H之间的40个可调地址 (6)确保系统可靠性的1000VDC光隔离保护
现场总线技术
(7)每个端口可自由选择IRQ：IRQ2，3，4，5，6，7， 9，10，11，12，15 (8)显示每个端口收/发状态的LED指示灯 (9)直接存储器映射，可高速访问CAN控制器 (10)C函数库和例程 (11)带DOS库函数、工具程序和Win3.1/NT DeviceNet DLL驱动能力