起源

CAN（Controller Area Network）总线由德国博世（Bosch）公司于1980年代开发，最初用于汽车电子系统，以减少车辆内部的复杂布线，提高数据传输效率和可靠性。1993年，CAN 总线被国际标准化组织（ISO）采纳，成为 ISO 11898 标准。目前，CAN 已广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备、航天等领域。

信号传输模式

CAN 总线采用差分信号传输，通过一对双绞线（CAN_H 和 CAN_L）来传输数据，提高抗干扰能力和可靠性。

• 数据帧结构
  标准 CAN（11-bit 标识符）和扩展 CAN（29-bit 标识符）帧格式包括：

  • 起始位：表示帧的开始
  • 标识符（ID）：表示消息的优先级
  • 控制字段：标明数据长度
  • 数据字段：包含 0-8 字节数据
  • CRC 校验：保证数据完整性
  • 确认位：接收节点确认数据有效性
  • 结束位：标志帧结束

• 多主竞争仲裁机制

  • CAN 采用 非破坏性 CSMA/CD-AM 机制（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority）。
  • 低 ID（高优先级）数据可在总线竞争中获胜，确保重要数据先被传输。

电器参数

• 电压等级：

  • CAN_H 典型电压范围：2.5V - 3.5V（显性 3.5V）
  • CAN_L 典型电压范围：1.5V - 2.5V（显性 1.5V）
  • 隐性状态：CAN_H 和 CAN_L 都为 2.5V

• 传输速率：

  • 典型速率：10kbps ~ 1Mbps（标准 CAN）
  • CAN FD（Flexible Data-rate）：支持 5Mbps 以上传输速率

• 终端电阻：

  • 典型值 120Ω，保证总线阻抗匹配，减少反射信号

• 最大通信距离（标准 CAN）：

  • 1Mbps：≤40m
  • 125kbps：≤500m
  • 10kbps：≤5km

应用设计

CAN 设备连接

• 采用双绞线传输信号，建议用屏蔽双绞线减少干扰
• 确保每端有120Ω 终端电阻，总线两端都需要终端电阻匹配

典型应用

• 汽车电子：发动机控制、ABS 刹车系统、空调控制等
• 工业自动化：PLC 控制、机器人通讯
• 医疗设备：数据采集、监护仪连接
• 楼宇自动化：智能照明、安防系统

问题排查方式

• 物理层检查：

  • 测量 CAN_H 和 CAN_L 对地电压是否正常（典型 2.5V）
  • 终端电阻是否匹配（两端各 120Ω，总线整体 60Ω）

• 通信协议排查：

  • 使用示波器查看波形，确认仲裁和数据完整性
  • 通过CAN 分析仪读取数据帧，确认 ID 和数据内容

• 常见故障与解决方案：

  • 无数据传输 → 检查终端电阻、电源供电
  • 数据错误 → 检查波特率是否匹配
  • 总线挂起 → 检查是否有某个节点持续发送显性信号（如设备短路）