CANOpen系列教程03_CAN收发器功能、原理及作用

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    本教程由作者strongerHuang于2018年09月原创发布。

标签：CAN、 CANOpen、 CanFestival

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1写在前面

前面文章是从大方向介绍了CAN网络，让大家对CAN网络有一定的认识。本文将范围缩小，讲述整个CAN网络其中的一个CAN收发器。如下图标记出来的部分：



本文结合众多初学者容易产生的疑问来讲述CAN收发器相关的知识点，大概有如下几点：

什么是CAN收发器？

CAN总线差分信号

CAN收发器芯片和485芯片差异

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什么是CAN收发器？

CAN收发器在整个CAN网络中所处的位置如上图所示。CAN收发器就是一块类似232或485的转换芯片，它的主要功能是将CAN控制器的TTL信号转换成CAN总线的差分信号。

2.1 什么CAN控制器TTL信号？

现在的CAN控制器一般都与MCU集成在一起，其发送和接收TTL信号就是MCU引脚（高或低）信号。

以前还有独立的CAN控制器，一个CAN网络节点会包含三块芯片：MCU芯片、CAN控制器、CAN收发器。现在是将前两者集成在一起了（看文章开篇图片）。


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CAN总线差分信号

CAN总线信号从CAN收发器出来，为「两线」「差分」信号，用隐形代表逻辑1，显性代表逻辑0。



1.CAN收发器两线

芯片引脚CAN_H、CAN_L

2.CAN_H和CAN_L电压

电压的大小根据芯片型号而定，一般常见的CAN收发芯片有3.3V和5V两种芯片。

如上图，为5V CAN收发芯片，在逻辑0和逻辑1时电压情况：

逻辑0时：

显性，CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V；

逻辑1时：

隐性，CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V；

当然，3.3V电压芯片的总线电压原理类似。而实际应用中，总线电压并非绝对的像上面说的3.5V、2.5V、1.5V这种电压，会受到导线电阻、外界干扰等影响。

3.隐性和显性

学过生物都知道，基因有隐性和显性。隐性的基因实际存在，但不会表现出来。有显性的基因就会表现出来。

这里CAN总线隐性信号和显性信号道理一样，当总线两种信号都有时，总线表现出来的就是显性信号。

提示：我们这里说的显性和隐性信号，指的是总线传输的bit位信号。

所以，CAN总线平时空闲表现为隐性状态。如果想要发送的信号为隐性位，那么总线才会呈现出来隐性。否则，只要其它有一个节点发送显性信号，你这个节点发送出来的隐性信号就无效。

4.CAN收发器R引脚

CAN收发器R引脚就是与CAN控制器接收相连的引脚。如下图：



R引脚的信号是表示总线当前的信号，用于控制器实时监测总线信号。主要两个目的：

A.监测其它节点发送出来的信号：别人给它发送数据；

B.监测自身节点发送出去的信号：自己发送是否失败。就像上面说的，自己发送一个隐形信号，结果监测出来是显性信号，那就说明是别人在发送数据。


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CAN收发器芯片和485芯片差异

CAN通信和485通信一样，属于半双工。但是，为什么CAN总线相比485通信不管在速度和稳定性上都具有明显优势呢？

4.1 总线利用率

CAN收发器工作原理与485具有较大差异。从上面的差分信号可以看得出来，两种芯片同时存在，只有显性信号有效，而不会影响总线传输。简单来说就是CAN总线具有自动仲裁功能，这样就提高了总线的利用率。

RS485总线是一种常规的通信总线，它不能够做总线的自动仲裁，也就是不能够同时发送数据以避免总线竞争，所以整个系统的通信效率必然较低，数据冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适应用RS485总线。

提示：

CAN总线没有被发送出去的隐性信号，会由CAN控制器后续发送出去。这里牵涉到CAN总线优先级的问题，后续进一步讲述。

当然，CAN相比485具有明显优势，主要原因还是在于CAN控制器。

4.2 可以不使用CAN收发器吗？

UART可以直接通过TX连接对方的RX引脚，利用TTL信号进行通信，那么CAN也可以吗？

答案：单向传输可以，双向传输就不行。

原因很简单，上面说了，CAN控制器会实时监测发送出去的信号是否正确。也就是说TX要与RX信号一致才行，否则CAN控制器认为你发送失败。


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说明

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6最后

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