今天的文章是關于最重要的車載總線——CAN BUS。

汽車上的 OBD 接口，到底是啥東西？

文章目錄：

一、CAN 總線是什麼？

二、CAN 總線的作用？

三、CAN 總線的優點

四、CAN 總線的曆史

五、CAN 總線拓撲圖

• 顯性和隐性
• CAN 收發器的作用
• CAN 控制器的作用
• 120Ω終端電阻

六、基本的 CAN 總線電路

一、CAN 總線是什麼？

CAN 是 Controller Area Network 的簡稱，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，最早是由以研發和生産汽車電子産品著稱的德國 BOSCH 公司開發的，1986 年，BOSCH 開發出面向汽車的 CAN 通信協議，後來，CAN 總線通過 ISO 11898 和 ISO 11595 進行了标準化，現在在歐洲是汽車網絡的标準協議。

把汽車比如成人體，那 CAN 總線就是神經系統，電子控制單元（ECU）就是身體的一部分，身體是由多個 ECU 組成的，各個 ECU 之間通過神經系統進行通信，一個部分感知到的信息可以與另一部分共享。

CAN 的應用非常廣泛，工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。

二、CAN 總線的作用？

在汽車上，CAN 總線的作用就是把不同的部件連接起來，然後這些部件都執行同一套标準協議，這樣的好處是兼容性高，信息可以可靠共享，并且能減少整車的線束數量。

節點可以挂很多部件

三、CAN 總線的優點

1. 簡單低成本：ECU 通過單個 CAN 系統進行通信，而不是直接的複雜模拟信号線通信，這樣減少了錯誤，重量，接線和成本。

2. 完全集中：CAN 總線提供了一個接入點，可以與所有網絡 ECU 進行通信，——支持集中診斷，數據記錄和配置。

3. 穩定：CAN 總線具有強大的抗電幹擾和抗電磁幹擾能力，非常适合對安全要求嚴格的應用（例如車輛）。

4. 高效：通過 ID 對 CAN 幀進行優先級排序，以便優先級最高的數據可以立即訪問總線，而不會引起其他幀的中斷。

四、CAN 總線的曆史

CAN 總線發展很多年了。

CAN 之前版本：汽車 ECU 是複雜點對點布線。

1986 年：博世開發了 CAN 協議作為解決方案。

1993 年：CAN 被采用為估計标準（ISO 11898）

2003 年：ISO 11898 稱為标準系列。

2012 年：博世發布了 CAN FD 1.0

2015 年：CAN FD 協議标準化（ISO 11898-1）

2016 年：CAN 物理層，數據速率高達 5Mbit/s，已通過 ISO 11898-2 标準化。

如今，CAN BUS 已成為汽車、卡車、公共汽車、拖拉機、輪船、飛機等的标準配置。

五、CAN 總線拓撲圖

從拓撲圖中可以看到一個 CAN 節點，主要由 CPU，CAN 控制器，CAN 收發器組成。

CAN 總線拓撲

1. 顯性和隐性

CAN 總線是差分線，有 CAN_H 和 CAN_L 兩根線，差分線的抗幹擾能力強，外界有幹擾時，幾乎同時會耦合到差分線的兩根線上，而接收端關心的隻是兩信号的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消，圖中箭頭所示，雖然兩根線都受到幹擾，但是兩者差值不變。

CAN 收發器根據 CAN_H 和 CAN_L 的差值來判斷總線電平，總線電平有兩種，顯性電平和隐性電平，CAN2.0A/B 規定的總線 value 如下：

有人會說，為什麼顯性電平是邏輯 0，是因為 CAN 總線采用的"線與"的規則進行總線沖裁，在 CAN2.0 上規定了總線上同時傳輸顯性和隐形電平時，總線是顯性，即 1&0=0，所以 0 為顯性。

從下圖可以看到，ISO11898 的電平和 ISO11519 是不一樣的，現在大多數都是和 ISO11898 一樣的。下面是兩個顯隐性電平的區别比較，同時給出了最大最小值。

兩種标準 CAN 總線電平區别

2. CAN 收發器的作用

顧名思義，收發器既可以收，也可以發，收是接收 CAN 總線上的差分數據，将數據轉換為 TTL 電平，發送給控制器；發是将 CAN 控制器的 TTL 電平信号轉換為差分信号進行總線數據傳輸。

3. CAN 控制器的作用

CAN 控制器一方面接收收發器的數據，進行解析後發送給 CPU；另一方面接收 CPU 的指令數據，然後發送給 CAN 收發器。

4. 120Ω終端電阻

高頻信号傳輸時，信号波長相對傳輸線較短，信号在傳輸線終端會形成反射波，幹擾原信号，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信号到達傳輸線末端後不反射。

對于低頻信号則不用 CAN 總線兩端必須連接終端電阻才可以正常工作，終端電阻應該與通訊電纜的阻抗相同，典型值為 120 歐姆，其作用是匹配總線阻抗，提高數據通信的抗幹擾性及可靠行。

終端電阻并不都是 120Ω，以下是 ISO 11898 協議的推薦值。

終端電阻取值

四、基本的 CAN 總線電路

如下就是 CAN BUS 的基本電路，因為一般節點都是和 OBD 接口相連的，ESD 保護非常重要，另一方面 120Ω并不是任何時候都需要，所以電路設計時加一個 JP1 跳接帽比較好。

必要時需要在 CAN_H 和 CAN_L 預留 RC EMI filters，用來吸收 EMI。

CAN 總線上預留 RC 吸收 EMI

今天的文章到這裡就結束了。。。

後續的文章會更新 CAN 總線的軟件協議部分，盡請期待。

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