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【CAN 基础】电平、逻辑、报文是怎么来的

时间：2019-04-25 15:00来源：ZLG致远电子

摘要：CAN总线通讯是我们每天都会使用的工业通讯总线，工程师更多的是关注报文是否能够正常接收，解析结果是否正确。却忽略了CAN总线的报文是怎么产生以及收发的，所以遇到通讯异常的问题时就会无从下手。那么这篇文章将会带您快速了解报文的传输原理。

CAN总线通讯是我们每天都会使用的工业通讯总线，工程师更多的是关注报文是否能够正常接收，解析结果是否正确。却忽略了CAN总线的报文是怎么产生以及收发的，所以遇到通讯异常的问题时就会无从下手。那么这篇文章将会带您快速了解报文的传输原理。 

一、 节点通讯的原理

 
图1  CAN节点示意图
 
如图1所示是一个CAN节点的示意图，整体包括了CAN收发器、CAN控制器和MCU。我们以节点发送报文为例，当我们使用上位机软件发送一段报文时，报文会通过MCU发送给CAN控制器。CAN控制器将这段报文解析成逻辑信号后，再发送给CAN收发器。CAN收发器根据CAN-bus标准将接收到的逻辑信号转换成电信号，再通过CAN_H和CAN_L两根总线将电信号传到总线上的其他节点上。

简单说就是MCU将报文发送给控制器，控制器将报文转换成符合规范的CAN报文后，通过CAN收发器以电信号的形式在总线上进行传输。

二、 电平是如何转换成逻辑？

 
图2  CAN-bus信号电平
 
如图2所示，CAN总线使用的是双线差分信号，所以分为CAN_H和CAN_L两根总线，根据两根总线之间电压的差值大小来判断其显隐性。而线缆上传输的电平信号只有两种可能，分别为显性电平和隐性电平，其中显性电平代表逻辑 0，隐性电平代表逻辑 1。

当接受到报文时，首先就要通过CAN收发器将电信号转换成逻辑信号。根据图3所示的ISO11898高速CAN电平标准进行判断，但是线路上经常会受到各种干扰，为了保证传输的稳定性。所以差分电平小于0.5V就是隐性电平代表逻辑1，差分电平大于0.9V就是显性电平代表逻辑0。

 
图3  ISO11898高速CAN电平
 
三、 逻辑信号如何转换成报文？
CAN控制器是CAN-bus设备的核心元件，集成了CAN规范中数据链路层的全部功能，能够自动完成CAN-bus协议的解析。

当CAN收发器将逻辑信号传送给CAN控制器后，CAN控制器会将逻辑信号转换成符合CAN规范的CAN帧。而CAN帧的类型包括了数据帧、远程帧、帧间空间、错误帧和超载帧。

 
图 4  标准帧格式
 
以最常见的数据帧为例，图4就是标准帧的格式，包括了帧起始、仲裁场、控制场、数据场等。

 
图5  报文解析实例
 
图5就是报文解析的实例，当接受到对应的逻辑信号后，CAN控制器就会根据规定的CAN帧格式进行解析，并将报文发给MCU。

四、 上位机报文显示

 
图 6  上位机报文显示
 
如图6所示，当CAN控制器完成了CAN-bus协议的解析后，就会将报文传输到MCU中在上位机软件中进行显示。像帧起始、CRC场、ACK场这样的数据不读取，所以我们上位机软件只显示数据帧类型、帧ID和帧数据等信息。

总结
对于CAN总线报文错误来说，百分之九十的错误都来自于物理层，而CANScope总线分析仪可以对CAN 波形与报文同步发送和接收，快速对CAN总线进行各项测试，帮助工程师们快速完成故障定位和问题排查。
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