CANOpen系列教程03 _CAN收發(fā)器功能、原理及作用

1寫在前面

前面文章是從大方向介紹了CAN網(wǎng)絡，讓大家對CAN網(wǎng)絡有一定的認識。本文將范圍縮小，講述整個CAN網(wǎng)絡其中的一個CAN收發(fā)器。如下圖標記出來的部分：

本文結(jié)合眾多初學者容易產(chǎn)生的疑問來講述CAN收發(fā)器相關(guān)的知識點，大概有如下幾點：

什么是CAN收發(fā)器？

CAN總線差分信號

CAN收發(fā)器芯片和485芯片差異

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什么是CAN收發(fā)器？

CAN收發(fā)器在整個CAN網(wǎng)絡中所處的位置如上圖所示。CAN收發(fā)器就是一塊類似232或485的轉(zhuǎn)換芯片，它的主要功能是將CAN控制器的TTL信號轉(zhuǎn)換成CAN總線的差分信號。

2.1 什么CAN控制器TTL信號？

現(xiàn)在的CAN控制器一般都與MCU集成在一起，其發(fā)送和接收TTL信號就是MCU引腳（高或低）信號。

以前還有獨立的CAN控制器，一個CAN網(wǎng)絡節(jié)點會包含三塊芯片：MCU芯片、CAN控制器、CAN收發(fā)器?，F(xiàn)在是將前兩者集成在一起了（看文章開篇圖片）。

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CAN總線差分信號

CAN總線信號從CAN收發(fā)器出來，為「兩線」「差分」信號，用隱形代表邏輯1，顯性代表邏輯0。

1.CAN收發(fā)器兩線

芯片引腳CAN_H、CAN_L

2.CAN_H和CAN_L電壓

電壓的大小根據(jù)芯片型號而定，一般常見的CAN收發(fā)芯片有3.3V和5V兩種芯片。

如上圖，為5V CAN收發(fā)芯片，在邏輯0和邏輯1時電壓情況：

邏輯0時：

顯性，CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V；

邏輯1時：

隱性，CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V；

當然，3.3V電壓芯片的總線電壓原理類似。而實際應用中，總線電壓并非絕對的像上面說的3.5V、2.5V、1.5V這種電壓，會受到導線電阻、外界干擾等影響。

3.隱性和顯性

學過生物都知道，基因有隱性和顯性。隱性的基因?qū)嶋H存在，但不會表現(xiàn)出來。有顯性的基因就會表現(xiàn)出來。

這里CAN總線隱性信號和顯性信號道理一樣，當總線兩種信號都有時，總線表現(xiàn)出來的就是顯性信號。

提示：我們這里說的顯性和隱性信號，指的是總線傳輸?shù)腷it位信號。

所以，CAN總線平時空閑表現(xiàn)為隱性狀態(tài)。如果想要發(fā)送的信號為隱性位，那么總線才會呈現(xiàn)出來隱性。否則，只要其它有一個節(jié)點發(fā)送顯性信號，你這個節(jié)點發(fā)送出來的隱性信號就無效。

4.CAN收發(fā)器R引腳

CAN收發(fā)器R引腳就是與CAN控制器接收相連的引腳。如下圖：

R引腳的信號是表示總線當前的信號，用于控制器實時監(jiān)測總線信號。主要兩個目的：

A.監(jiān)測其它節(jié)點發(fā)送出來的信號：別人給它發(fā)送數(shù)據(jù)；

B.監(jiān)測自身節(jié)點發(fā)送出去的信號：自己發(fā)送是否失敗。就像上面說的，自己發(fā)送一個隱形信號，結(jié)果監(jiān)測出來是顯性信號，那就說明是別人在發(fā)送數(shù)據(jù)。

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CAN收發(fā)器芯片和485芯片差異

CAN通信和485通信一樣，屬于半雙工。但是，為什么CAN總線相比485通信不管在速度和穩(wěn)定性上都具有明顯優(yōu)勢呢？

4.1 總線利用率

CAN收發(fā)器工作原理與485具有較大差異。從上面的差分信號可以看得出來，兩種芯片同時存在，只有顯性信號有效，而不會影響總線傳輸。簡單來說就是CAN總線具有自動仲裁功能，這樣就提高了總線的利用率。

RS485總線是一種常規(guī)的通信總線，它不能夠做總線的自動仲裁，也就是不能夠同時發(fā)送數(shù)據(jù)以避免總線競爭，所以整個系統(tǒng)的通信效率必然較低，數(shù)據(jù)冗余量較大，對于速度要求高的應用場所不適應用RS485總線。

提示：

CAN總線沒有被發(fā)送出去的隱性信號，會由CAN控制器后續(xù)發(fā)送出去。這里牽涉到CAN總線優(yōu)先級的問題，后續(xù)進一步講述。

當然，CAN相比485具有明顯優(yōu)勢，主要原因還是在于CAN控制器。

4.2 可以不使用CAN收發(fā)器嗎？

UART可以直接通過TX連接對方的RX引腳，利用TTL信號進行通信，那么CAN也可以嗎？

答案：單向傳輸可以，雙向傳輸就不行。

原因很簡單，上面說了，CAN控制器會實時監(jiān)測發(fā)送出去的信號是否正確。也就是說TX要與RX信號一致才行，否則CAN控制器認為你發(fā)送失敗。