CAN總線原理詳解

一、什麼是CAN總線？

CAN（Controller Area Network）控制器局域網，是一種基於串行異步通信的總線標準。在汽車、工業領域等廣泛應用。CAN總線的結構是由多個節點組成的網絡。節點通過總線進行數據和控制信息的交換。在CAN總線中，每個節點都可以發送和接收信息。

二、CAN總線的工作原理

CAN總線採用分佈式控制方式，節點之間相互獨立，不存在主從關係。在通信過程中，一個節點將信息發送到總線上，其他節點可以接收到這個信息。CAN總線採用CSMA/CD（載波監聽多路接入/碰撞檢測）技術，即在發送數據前先監聽總線，如果沒有其他節點正在使用總線，就可以發送數據；如果多個節點同時發送數據，就會發生碰撞。碰撞檢測機制可以檢測到碰撞，並在一段時間內重新嘗試發送。

三、CAN總線的幀格式

CAN總線數據幀可以分為標準幀和擴展幀，最長為8個位元組。CAN總線幀可以包含以下幾個組成部分：

• 起始位（SOF）：表示一個幀的開始。
• 標識符（ID）：識別一個幀的唯一標誌，用於區分不同的節點之間的信息。
• 遠程傳輸請求（RTR）：用於請求其他節點發送數據。
• 數據長度碼（DLC）：定義數據幀中的有效數據長度。
• 數據（Data）：包含傳輸的有效數據。
• 幀間隔（IFS）：表示一個傳輸的結束。

四、CAN總線的應用

CAN總線在汽車和工業領域應用廣泛，可以用來傳輸控制信息、數據和狀態信號，如引擎轉速、車速、剎車開關等。同時，由於CAN總線結構簡單、容錯能力強、數據傳輸可靠，因此還被應用到航空航天、鐵路等領域。

五、CAN總線的代碼示例

#include
#include
#include

void CAN_Init()
{
  //初始化CAN控制寄存器
  CANCTR |= (1<<INIT); 
  while( !(CANCTR & (1<<INI)) );  //等待初始化完成

  //設置CAN波特率
  CANBT1 = 0x00;
  CANBT2 = 0x04;
  CANBT3 = 0x13;

  //禁用自動重發
  CANCTR &= ~(1<<ARC);
 
  //啟用中斷
  CANIE |= (1<<RXIE)|(1<<TXIE)|(1<<ERIE);
  
  //設置接收過濾器
  CANIDM1 = 0x00;
  CANIDM2 = 0x00;
  CANIDM3 = 0x07;
  CANIDM4 = 0x00;
  
  //設置標識符
  CANIDT1 = 0x00;
  CANIDT2 = 0x00;
  CANIDT3 = 0x01;
  CANIDT4 = 0x00;

  //打開CAN
  CANCTR &= ~(1<<SLEEP);
  CANCTR &= ~(1<<INIT);
}

void CAN_Send(uint8_t* data)
{
  //等待發送緩存為空
  while( (!(CANSR & (1<<TXOK))) || (!(CANSR & (1<<TXRQ))) );
  
  //寫入數據
  CANDATA1 = data[0];
  CANDATA2 = data[1];
  CANDATA3 = data[2];
  CANDATA4 = data[3];
  CANDATA5 = data[4];
  CANDATA6 = data[5];
  CANDATA7 = data[6];
  CANDATA8 = data[7];

  //寫入數據長度
  CANCDMOB = (1<<CONMOB1)|(1<<DLC3)|(1<<DLC1);
  while(CANCDMOB & (1<<CONMOB1));
}

uint8_t CAN_Receive()
{
  uint8_t data;
  
  //等待數據接收完成
  while(!(CANSR & (1<<RXOK)));
  
  //讀取數據
  data = CANDATA1;
  
  //釋放緩存
  CANCDMOB = (1<<CONMOB0);
  
  return data;
}

int main()
{
  uint8_t data[8];

  //初始化CAN總線
  CAN_Init();
  
  //發送數據
  data[0] = 0x01;
  data[1] = 0x02;
  data[2] = 0x03;
  data[3] = 0x04;
  data[4] = 0x05;
  data[5] = 0x06;
  data[6] = 0x07;
  data[7] = 0x08;
  CAN_Send(data);
  
  //接收數據
  uint8_t receive_data = CAN_Receive();
  
  return 0;
}