基于APM32F407的CAN通信硬件方案设计分享

只看该作者 · 2023-12-1 19:52

汽车CAN通信是一种基于总线的网络技术，用于实现汽车内部各个电子控制单元（ECU）之间的数据交换。CAN通信具有高速、可靠、低成本、易扩展等优点，已经成为汽车电子领域的标准通信协议。

一、CAN简述

CAN是控制器局域网络(ControllerArea Network, CAN)的简称，是基于UART/SCI（通用异步收发器/串行接口）的串行通讯协议（基于ISO11898和ISO11519）。其目标定位于车身网络模块节点间的中高端通信，主要用于不同的ECU（电子控制单元）之间进行串行数据传输。 CAN总线采用的是双线传输形式，采用“多主” 的工作方式，总线电平根据不同的标准有微小的差异，总的来说CAN_H的电压范围为2.5~3.5V，CAN_L的电压范围为1.5~2.5V，差分电压为0V~2V。传输速率最高可以达到1Mbps，理论上CAN总线可以连接无限多个节点，实际应用中考虑线缆的延时以及信号质量，连接的节点一般不超过110个。

二、CAN详解

1. CAN总线架构简介

CAN总线协议是一种ISO 国际标准化的串行通信协议，有ISO-11898 和 ISO-11519两个系列。其定义有以下两种：

ISO-11898 定义了通信速率为 125kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度 ≤ 40米，如下图所示：

ISO11519 定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米，如下图所示：

2. CAN总线信号分析

CAN总线上，信号表现为电压形式，通过CAN_H和CAN_L线上的电位差来表示CAN信号，分为显性电平(dominant)和隐性电平(recessive)两种类型。其中显性电平规定为逻辑0，隐性电平则为逻辑1。其中ISO-11898协议定义了高速CAN信号的电平，如下图所示：

ISO-11519协议定义了低速CAN信号的电平，如下图所示：

3. CAN信号传输

CPU与从机设备通信时差分电平与逻辑电平的转换由CAN收发器实现。

在发送过程，CAN控制器将CPU传来的信号转换为逻辑电平。CAN收发器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到CAN总线上

在接收过程，CAN收发器将CAN_H 和CAN_L 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到CAN控制器，CAN控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到CPU上

三、CAN通信硬件设计

APM32F407芯片CAN通信电路如图所示: