CAN通信

一.什么是CAN总线

1.CAN总线的概念

• CAN总线（Controller Area Network Bus）控制器局域网总线

2.CAN总线的特点

3.常见通信协议对比（UART、I²C、SPI、CAN）

特性	UART	I²C	SPI	CAN
全称	Universal Asynchronous Receiver/Transmitter	Inter-Integrated Circuit	Serial Peripheral Interface	Controller Area Network
协议类型	异步串行通信	同步串行通信	同步串行通信	异步串行通信
通信方式	全双工	半双工	全双工	半双工
线数	2 线（TX、RX） + GND	2 线（SDA、SCL） + GND	4 线（MISO、MOSI、SCK、CS） + GND	2 线（CAN_H、CAN_L） + GND
拓扑结构	点对点	多设备总线（支持多主多从）	主从结构（单主多从，每个从设备独立片选）	多主总线（节点平等）
寻址方式	无（依赖硬件连接）	7 位或 10 位设备地址	无（通过片选信号选择从设备）	消息 ID（11 位标准帧或 29 位扩展帧）
最大速度	通常 ≤ 115.2 kbps（受距离影响）	标准模式：100 kbps 快速模式：400 kbps 高速模式：3.4 Mbps	通常 1 Mbps ~ 100 Mbps（具体取决于器件）	1 Mbps（40m 内） 125 kbps（500m 内）
时钟信号	无（异步）	有（SCL 由主设备生成）	有（SCK 由主设备生成）	无（异步，通过位填充同步）
数据格式	起始位 + 数据位（5-9） + 校验位（可选） + 停止位（1-2）	起始条件 + 地址帧 + 读写位 + 数据帧 + 停止条件	无固定格式，数据通过 MOSI/MISO 同步传输	帧类型（数据帧/远程帧） + ID + 数据段（0-8 字节） + CRC 等
校验机制	奇偶校验（可选）	ACK/NACK 确认机制	通常无校验（依赖硬件可靠性）	CRC 校验 + ACK 应答 + 错误帧检测
冲突处理	无（点对点无冲突）	时钟同步和仲裁	无（主设备独占总线）	非破坏性逐位仲裁（基于 ID 优先级）
优点	1. 简单易用 2. 全双工 3. 无需时钟线	1. 多主多从 2. 引脚资源少 3. 支持热插拔	1. 高速传输 2. 全双工 3. 无地址限制	1. 高可靠性 2. 长距离抗干扰 3. 多主容错
缺点	1. 速度低 2. 点对点限制 3. 无冲突检测	1. 速度受限 2. 需要上拉电阻 3. 地址冲突风险	1. 线数多 2. 无标准协议 3. 从设备数量受限	1. 协议复杂 2. 硬件成本高 3. 数据负载小（≤8字节）
典型应用	调试接口、GPS 模块、老旧设备通信	传感器（温度/湿度）、EEPROM、低速外设	存储器（Flash/SD 卡）、显示屏、高速 ADC/DAC	汽车电子（ECU 通信）、工业控制、电梯系统
功耗	低	低（支持睡眠模式）	中（高速时功耗较高）	中（持续总线监听）
典型器件	CH340、CP2102	AT24Cxx（EEPROM）、BMP280（气压传感器）	W25Qxx（Flash）、ADXL345（加速度计）	MCP2515（CAN 控制器）、TJA1050（CAN 收发器）
特殊机制	波特率匹配	时钟拉伸（Clock Stretching）	时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）配置	错误帧自动重发、故障节点自动离线

二.CAN的硬件电路

1.通信的基本框架

2.CAN的电平标准

3.CAN收发器

4.CAN物理层特性

三.CAN的通信协议

1.CAN的帧格式

2.数据帧

2.1.标准格式

CAN标准帧格式时序表

字段名称	起始段 (SOF)	仲裁段	控制段	数据段	CRC段	ACK段	结束段 (EOF)
位长	1 bit	12 bits (11位ID + 1位RTR)	6 bits (1位IDE + 1位r0 + 4位DLC)	0-64 bits (对应0-8字节)	16 bits (15位CRC + 1位CRC分界符)	2 bits (1位ACK槽 + 1位ACK分界符)	7 bits
描述	帧开始标识：发送一个显性(0)位，用于总线同步，标志帧起始。	包含11位标识符与1位RTR位： - 11位标识符决定报文优先级（ID越小优先级越高）； - RTR位区分数据帧（显性0）与远程帧（隐性1）； 支持非破坏性仲裁。	包含控制信息： - IDE位：显性(0)表示标准帧； - 保留位r0：固定显性(0)； - DLC：4位数据长度编码，指示数据段字节数（0至8字节）。	传输实际数据内容，其长度由DLC字段确定，最多承载8字节的数据。	用于错误检测： - 15位CRC校验码计算整个帧的CRC； - 1位CRC分界符始终为隐性(1)，起到分隔作用。	包含确认信息： - ACK槽：由发送端发送为隐性，接收节点正确接收后覆盖为显性(0)； - 1位ACK分界符：始终为隐性(1)。	结束标志：由7位连续隐性(1)位组成，标识帧结束，帮助恢复总线空闲状态。
传输顺序	第1位	第2-13位	第14-19位	第20-83位（实际位数依据DLC值而定）	第84-99位	第100-101位	第102-108位

2.2.扩展格式

字段名称	起始段 (SOF)	仲裁段	控制段	数据段	CRC段	ACK段	结束段 (EOF)
位长	1 bit	32 bits (11位标识符 + 1位SRR + 1位IDE + 18位扩展标识符 + 1位RTR)	5 bits (1位保留位r0 + 4位DLC)	0-64 bits (0-8字节，依据DLC值)	16 bits (15位CRC校验码 + 1位CRC界定符)	2 bits (1位ACK槽 + 1位ACK界定符)	7 bits
描述	帧起始标志： 发送1个显性(0)位，用于总线同步并标志帧开始。	包含帧的标识与仲裁信息： - 11位标识符：基本标识符，确定较高优先级； - SRR位：替代远程请求位，固定为隐性； - IDE位：标识符扩展位，固定为隐性(1)，表明使用扩展帧格式； - 18位扩展标识符：与基本标识符组合构成29位标识符； - RTR位：远程传输请求位，显性(0)表示数据帧，隐性(1)表示远程帧。	包含帧控制信息： - 保留位r0：固定为显性(0)； - DLC：数据长度码，4位编码，指示数据段的字节数（0-8字节）。	传输实际数据，长度由DLC决定，最多8字节。	用于错误检测： - 15位CRC校验码：对整个帧进行循环冗余校验； - 1位CRC界定符：固定为隐性(1)，用于分隔CRC段。	包含确认信息： - ACK槽：发送时置为隐性(1)，接收节点正确接收后覆盖为显性(0)表示确认； - ACK界定符：固定为隐性(1)。	帧结束标志： 7位连续隐性(1)位，标志帧结束，使总线进入空闲状态。
传输顺序	第1位	第2-33位	第34-38位	第39-（38+DLC×8）位（数据长度依据DLC确定）	紧跟数据段，16位	紧跟CRC段，2位	紧跟ACK段，7位

3.遥控帧

4.错误帧

5.过载帧

6.帧间隔

7.位填充

#include "My_CAN.h"My_CAN_Init()
{}