can網(wǎng)絡(luò)距離多遠(yuǎn)需要加終端電阻

本文主要是關(guān)于CAN總線的相關(guān)介紹，并著重對CAN總線網(wǎng)絡(luò)距離和終端電阻距離進(jìn)行了詳盡的闡述。

CAN總線

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。

CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

優(yōu)勢

CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：

網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)

首先，CAN控制器工作于多種方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進(jìn)行，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差；

開發(fā)周期短

CAN總線通過CAN收發(fā)器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)在出現(xiàn)在RS-485網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)象，即當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，從而保證不會(huì)出現(xiàn)像在網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。而且，CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，這些是僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。

已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線

另外，與其它現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。這些也是CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強(qiáng)勁的市場競爭力的重要原因。

最有前途的現(xiàn)場總線之一

CAN 即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商都采用了CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)，由于CAN總線本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。其典型的應(yīng)用協(xié)議有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

發(fā)展

控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)域推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)將在中國迅速普及推廣。

隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大進(jìn)步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負(fù)載分散、功能分散、危險(xiǎn)分散和地域分散。

分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機(jī)為核心，將 5C技術(shù)--COMPUTER（計(jì)算機(jī)技術(shù)）、CONTROL（自動(dòng)控制技術(shù)）、COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。

典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計(jì)算設(shè)備以及通信設(shè)備組成?，F(xiàn)場總線（FIELDBUS）能同時(shí)滿足過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場總線的高性能價(jià)格必將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時(shí)，正由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據(jù)?？刂破骶植烤W(wǎng) CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的。

由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION 2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報(bào)文格式，能提供11位地址；而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。

特點(diǎn)

CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率最高可達(dá)1Mbps。

完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理

CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作。

使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制

CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信

CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)簡單

只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測和管理模塊。

傳輸距離和速率

CAN總線特點(diǎn)：（1） 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向任何其他（一個(gè)或多個(gè)）節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)信息在134μs通信; （2） 多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會(huì)對通信線路造成擁塞; （3） 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM（速率低于5Kbps）速率可達(dá)到1Mbps（通信距離小于40M）；（4） CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)性要求比較高，多主多從或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場中使用。

can網(wǎng)絡(luò)距離多遠(yuǎn)需要加終端電阻

總線首先滿足線性拓?fù)浼赐負(fù)渲腥我恻c(diǎn)到干線的距離小于拓?fù)鋫z個(gè)終端的距離，三節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)C點(diǎn)到A點(diǎn)和C點(diǎn)到B點(diǎn)的距離小遠(yuǎn)遠(yuǎn)于AB之間的距離，這樣在AB加終端電阻網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的，距離不超過40M，同時(shí)你的節(jié)點(diǎn)是高速非容錯(cuò)CAN。

低俗容錯(cuò)情況不同。

按照ISO 11898規(guī)范，為了增強(qiáng)CAN-bus 通訊的可靠性，CAN-bus 總線網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻（120Ω）。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定，例如，雙絞線的特性阻抗為120Ω，則總線上的兩個(gè)端點(diǎn)也應(yīng)配上120Ω終端電阻。另外在長距離通信中，終端電阻的阻值有時(shí)需要增大，才能保證通信的正常。

下邊是我用的一個(gè)“CAN轉(zhuǎn)串口”設(shè)備手冊中的一個(gè)CAN總線設(shè)備連接推薦拓?fù)鋱D，其中展示了終端電阻的安裝位置。

CAN總線要點(diǎn)

CAN總線的應(yīng)用在現(xiàn)在看來越來越廣泛，我廠設(shè)備從最初的ARM9與ARM7平臺(tái)、期間升級過度到CortexA8與Cortex M3平臺(tái)，再到現(xiàn)在的Cortex M4平臺(tái)，圍繞CAN進(jìn)行了一系列產(chǎn)品的開發(fā)，CAN總線的穩(wěn)定性是毋庸置疑的。

CAN總線物理結(jié)構(gòu)與特性

CAN總線網(wǎng)絡(luò)

CAN總線網(wǎng)絡(luò)主要掛在CAN_H和CAN_L，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過這兩條線實(shí)現(xiàn)信號的串行差分傳輸，為了避免信號的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻，但是為什么是120歐姆呢？那是因?yàn)殡娎|的特性阻抗為120歐。

CAN收發(fā)器

CAN收發(fā)器的作用是負(fù)責(zé)邏輯電平和信號電平之間的轉(zhuǎn)換。

即從CAN控制芯片輸出邏輯電平到CAN收發(fā)器，然后經(jīng)過CAN收發(fā)器內(nèi)部轉(zhuǎn)換將邏輯電平轉(zhuǎn)換為差分信號輸出到CAN總線上，CAN總線上的節(jié)點(diǎn)都可以決定自己是否需要總線上的數(shù)據(jù)。具體的管教定義如下：

信號表示

CAN總線采用不歸零碼位填充技術(shù)，也就是說CAN總線上的信號有兩種不同的信號狀態(tài)，分別是顯性的（Dominant）邏輯0和隱形的（recessive）邏輯1，信號每一次傳輸完后不需要返回到邏輯0（顯性）的電平。

位填充規(guī)則：發(fā)送器只要檢測到位流里有5個(gè)連續(xù)相同值的位，便自動(dòng)在位流里插入補(bǔ)充位。

可以看到上圖中的當(dāng)?shù)谝欢螢殡[性（recessive），CAN_H和CAN_L電平幾乎一樣，也就是說CAN_H和CAN_L電平很接近甚至相等的時(shí)候，總線表現(xiàn)隱性的，而兩線點(diǎn)位差較大時(shí)表現(xiàn)為顯性的，按照定義的：

CAN_H-CAN_L 《 0.5V 時(shí)候?yàn)殡[性的，邏輯信號表現(xiàn)為“邏輯1”- 高電平。

CAN_H-CAN_L 》 0.9V 時(shí)候?yàn)轱@性的，邏輯信號表現(xiàn)為“邏輯0”- 低電平。

下面將差分信號和顯隱性之間對應(yīng)關(guān)系總結(jié)為下表：

狀態(tài)

邏輯信號

電壓范圍

顯性Dominant

0

CAN_H-CAN_L 》 0.9

隱性recessive

1

CAN_H-CAN_L 《 0.5

由上面的分析我們可以知道：

CAN總線采用的“線與”的規(guī)則進(jìn)行總線沖裁。即1&0=0；所以0為顯性。

這句話隱含的意思是，如果總線上只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)將總線拉到低電平（邏輯0）即顯性狀態(tài)，總線就為低電平（邏輯0）即顯性狀態(tài)而不管總線上有多少節(jié)點(diǎn)處于傳輸隱性狀態(tài)（高電平或是邏輯1），只有所有節(jié)點(diǎn)都為高（隱性），總線才為高，即隱性。

通訊速率與通訊距離

這里的最大通信距離指的是同一條總線上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離?？梢钥吹剿俾试降屯ㄓ嵕嚯x就越遠(yuǎn)，也就是說CAN總線的通訊距離和波特率成反比。在位速率為5千比特位每秒的時(shí)候達(dá)到最大的傳輸距離10公里。其中一般的工程中比較常用的為500K每秒的通訊速率。這個(gè)速率在實(shí)際測試的時(shí)候也是非?？煽康?。

如果想要更遠(yuǎn)的傳輸（大于10公里）；可以考慮用多個(gè)CAN控制器連接或是加其他通訊協(xié)議（如485或是TCP/IP）的接口芯片組成的一個(gè)設(shè)備，這樣就可實(shí)現(xiàn)長距離的通訊需求。

結(jié)語

關(guān)于CAN總線的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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