朱明工作室
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授人以鱼不如授人以渔
主讲：朱明
高级技师、经济师、工程师
高级技能专业教师
汽车维修工高级考评员
第4章 CAN 控制器局域网
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授人以鱼不如授人以渔
第4章 控制器局域网
第一节 概 述
第二节 CAN协议
第三节 CAN的基本组成和数据传输原理
第四节 CAN主要部件的结构原理
第五节 CAN设计基础
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通信协议
通信协议——即所谓的交通规则和交通标
志的制定方
法。在CAN中决定哪种信
号具有优先读
取权，哪种信号需要传递
的速度快等。
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授人以鱼不如授人以渔图6-1 奥迪轿车载网络拓扑图
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授人以鱼不如授人以渔
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(1) CAN数据总线。
(2) LIN数据总线。
(3) MOST数据总线。
(4) BluetoothTM数据总线。
(5) 诊断总线。
为使条理清晰，本章以大众、奥迪车系为例进
行阐述，奥迪轿车车载网络拓扑如图6-1所示。
典型数据总线
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第一节 概 述
由于使用的电子部件越来越多，各个控制单元之间的数据传
递就要求采用新的传送通道。因此20世纪90年代中期，在
奥迪车上引入了CAN数据总线这一重要概念。但是CAN数
据总线系统的缺点是，在信息传输方面的传输速率有限。
解决该问题的办法只能是采用能满足各种需要的传输系统，
本章详细阐述以下几种典型数据总线的原理、结构和工作
过程：
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了解CAN-BUS
LAN (Local Area Network)是微
机网络中的一种类型，CAN只是LAN中的
高速网络协议之一。
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进入CAN-BUS
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汽车控制局域网的分类
中 中 低 成本
40m 40m（典型） 40m 总线
最
大长
度
1Mb/s
（250kb/s）
10~1250kb/s 20kb/s 位速
率
双绞线 双绞线 单根线 介质
控制、诊断 控制、诊断 智能传感
器
用途
C类 B类 A类 类别
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B类网络系统与C类网络系统
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CAN-BUS 各级别(C)举例
电子器件及项目 位
启用
频率
（Hz
）
等
级
源于何种系统
信号类
型
传输速率
（bps）
碰撞传感器 16 200 C 汽车安全系统 传感型 12800
车速控制信号 16 200 C 巡航控制系统 监控型 12800
轮速传感器 16 200 C 汽车安全系统 传感型 12800
火花塞输出正时信号 16 200 C 动力控制模块 监控型 12800
防抱死制动ABS的泵速度
控制
16 200 C 汽车安全系统 监控型 12800
曲轴位置传感器 16 200 C 点火控制模块 传感型 12800
加速踏板位置信号传感器 16 200 C 牵引力控制系统 传感型 12800
液压转向助力
16 200 C
电控液压助力系
统
传感型 12800
ABS的泵速度控制 16 200 C 汽车安全系统 传感型 12800
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CAN-BUS 各级别(B)举例
电子器件及项目 位
启用
频率
（Hz
）
等
级
源于何种系统
信号类
型
传输速率
（bps）
气缸识别传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
点火诊断监测器 16 50 B 点火控制模块 监控型 3200
手动控制感位置 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
废气加热氧传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
空气流量传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
节气门位置传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
发动机转速 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
蓄电池电压 16 10 B 点火控制模块 传感型 640
空调压缩机离合器 16 10 B 动力控制模块 传感型 640
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CAN-BUS 各级别(A)举例
电子器件及项目 位
启用
频率
（Hz
）
等
级
源于何种系统
信号类
型
传输速率
（bps）
悬架状态 16 1 A 空气悬架 监控型 64
车外温度 16 1 A 空调控制系统 传感型 64
风扇速度控制 16 1 A 空调控制系统 监控型 64
设定/加速/复速 16 1 A 巡航控制系统 传感型 64
点火开关位置 16 1 A 仪表板显示系统 传感型 64
电动座椅 16 1 A 汽车安全系统 传感型 64
燃油油平面高度传感器 16 1 A 点火控制模块 传感型 64
辛烷值调节塞 16 1 A 动力控制模块 传感型 64
EGR真空调节器 16 1 A 动力控制模块 监控型 64
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如此多的信息，CAN-BUS是如何解决的？
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CAN-BUS局域网工作过程
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CAN-BUS局域网的基本系统
控制单元A 控制单元B 控制单元C
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信息如何交换
控制单元A 控制单元B 控制单元C
发动机转速
00010101
发动机转速
00010101
发动机转速
00010101
并
行
信
息
连
续
的
比
特
流
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第一节 概 述
一、CAN总线的特性
二、CAN总线的位数值表示与通信距离
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一、 CAN数据总线概述
CAN数据总线工作起来是非常可靠的，因此很少出现CAN故
障。
只有掌握了CAN数据总线的基本原理，才能充分运用测量方
法来查寻故障。
为了在必要时仔细检查CAN数据总线，VAS5051(大众、奥迪
原厂诊断仪是德国大众公司为其特约维修站指定的必备汽车诊断
仪器)会提供各种信息，比如“Motorsteuergeraet kein
Signal/Kommunikation”(发动机控制单元无信号/通信(偶然故障))或
“Datenbus-Antrieb defekt”(CAN驱动总线有故障)。故障源的其他
说明由“网关”测量数据块提供，CAN总线上所有控制单元的通
信状态都存储在这些数据块内。
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一、CAN总线的特性
1. CAN的特点
2. CAN数据传输系统的优点
3.传输线颜色特点
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1. CAN的特点
1)CAN支持从几千到1Mbit／s的传输速率。
2)使用廉价的物理传输媒介。
3)数据帧短，实时性好，降低了有效数据传输的速度。
4)错误检测校正能力强，系统可靠性高。
5)多站同时发送信息，模块可以优先获取数据。
6)能判断暂时错误和永久错误的节点，具有故障节点自动脱离
功能。
7)大部分CAN在丢失仲裁或出错时，具有信息自动重发功能。
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2. CAN数据传输系统的优点
1)将传感器信号线减至最少，更多的传感器信号进行高速数据
传输。
2)组网自由，功能扩展能力强。
3)总线利用率高，数据传输距离长，可达10km；数据传输速率
高，可达1Mbit／s。
4)CAN总线符合国际标准，便于一辆车上不同生产厂家的电控
单元间进行数据交换。
5)电控单元实时监测。
6)电控单元和电控单元插接器端子最小化应用，节省电控单元
的有限空间。
7)节省大量有色金属，成本相对较低。
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3.传输线颜色特点
CAN总线基本颜色为橙色；
CAN-L(低位)均为棕色；
CAN-H(高位)中的驱动系统传输线为黑色，
舒适系统传输线为绿色，
信息系统传输线为紫色。
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二、CAN总线的位数值表示与通信距离
图3-1 总线位的数值表示
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二、CAN总线的位数值表示与通信距离
表3-1 CAN总线任意两节点之间的最大传输距离
位速
率
/（K
bit/s
）
1000 500 250 125 100 50 20 10 5
最大
距离
/m
40 130 270 530 620 1300 3300 6700 1000
0
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第二节 CAN协议
一、概述
二、CAN的分层结构
三、不同版本通信协议与互联
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一、概述
CAN技术的应用推广，要求通信协议标准化。
1991年9月，Bosch公司制定并发布了CAN技术规
范()，
该技术规范包括A和B两部分。
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表3-2 CAN协议与相关标准
名称 位速率/（Kbit／s） 规 格 使 用 范 围
SAE J1939—11 250 双线制，屏蔽式双绞
线
载货汽车，大型客车
SAE J1939—12 250 双线制，屏蔽式双绞
线，供给电压12V
农业机械
SAE J2284 500 双线制，双绞线（无
屏蔽）
汽车（高速：动力传
动系统）
SAE J2411 33．3，83．3 单线制 汽车（低速：车身系
统）
NMEA⁃2000 62．5，125，250，500，
1000
双线制，屏蔽式双绞
线，供给电源，供给电
压24V
船舶
Device Net 125，250，500 双线制，屏蔽式双绞
线，供给电源，供给电
压24V
工业设备
CANopen 10，20，50，125，250，
500，800，1000
双线制，双绞线，选
用（屏蔽，电源）
工业设备
SDS 50，125，500，1000 双线制，屏蔽式双绞
线选用（电源）
工业设备
一、概述
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表3-3 通信协议按速度分类
电通信
光通信
等级 通信速率
/（Kbit／s）
用 途 协 议
A 0～10（车
身系统）
照明装置、
电动车窗、电
动座椅、中央
门锁等
低速CAN
（0～125Kbit
／s），LIN
B 10～125
（状态信息系
统）
组合仪表、
驱动信息、自
动空调、故障
诊断
J1850，
VAN
C 125～
1000（实时控
制系统）
发动机、自
动变速器、
ABS、电子悬
架等
高速
CAN（125～
10000Kbit／
s）
D 50000（多
媒体）
— D2B光纤通
信，MOST，
IEEE 1394
一、概述
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二、CAN的分层结构
1.数据链路层
2.物理层
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二、CAN的分层结构
图3-2 数据链路层和物理层功能框图
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1.数据链路层
(1)逻辑链路控制(LLC)
(2)媒体访问控制
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1)功能。
① 接收滤波。
在LLC层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的
帧跃变无关。
② 超载通知。
若接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程
帧，则通过LLC子层开始发送超载帧。
2)LLC帧结构。
① LLC数据帧。
由3个位场，即标识符场、数据字长度码(DLC)场和数据
场组成，如图3-3所示。
② LLC远程帧。
由标识符场和DLC场组成，如图3-4所示。
(1)逻辑链路控制(LLC)
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(1)逻辑链路控制(LLC)
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(1)逻辑链路控制(LLC)
表3-4 由DLC表示的数据字节数编码
数据字节数 DLC
DLC3 DLC2 DLC1 DLC0
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
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1)功能模型
① 发送部分功能。
② 接收部分功能。
2）MAC帧结构
① 数据帧。
② MAC远程帧
③ 出错帧。
④ 超载帧。
⑤ 帧间空间。
(2)媒体访问控制
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1)功能模型
图3-5 媒体访问控制功能
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① 发送部分功能。
发送数据封装：
接收LLC帧及接口控制信息，
循环冗余检验(CRC)通过向LLC帧附加帧起始(SOF)和远
程发送请求(RTR)、保留位、CRC、应答(ACK)和帧结束
(EOF)。
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② 接收部分功能。
接收媒体访问管理:由物理层接收串行位流；
解除串行结构并重新构建帧结构；检测填
充位(解除位填充)；错误检测(CRC、格式
校验、填充规则校验)；发送应答；构造错
误帧并开始发送；确认超载条件；重新激
活超载帧结构并开始发送。
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① 数据帧
图3-6 MAC数据帧
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② MAC远程帧
图3-7 MAC远程帧
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由两个不同场构成，
第一个由来自不同节点的错误标志叠加给出，
第二个为错误界定符。
错误标志：
分为活动错误标志和认可错误标志，前者由6位连续的“
显性”位组成，后者由6位连续的“隐性”位组成。认可
错误标志部分或所有位由来自其他节点的“显性”位改写。
③ 出错帧
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存在两类具有相同格式的超载帧，即LLC要
求的超载帧和重激活超载帧，
前者为LLC层所要求，表明内部超载状态；
后者由MAC层的一些出错条件而启动发送。
④ 超载帧
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图3-8 帧间空间
a)非“错误-认可”或已收到先前帧节点的帧间空间
b)先前帧已发送“错误-认可”节点的帧间空间
⑤ 帧间空间
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3)MAC帧编码和发送／接收
SOF、仲裁场、控制场、数据场和CRC序
列帧段均以位填充方法进行编码。当发送
器在发送位流中检测到5个数值相同的连续
位(包括填充位)时，在实际发送位流中，自
动插入一个补码位。
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图3-9 位发送次序
4)媒体访问和仲裁
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5)错误检测
① 错误类型
② 错误界定规则
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① 错误类型
位错误：
正在向总线发送一位的节点同时在检测总线。当检测到的
位数值与送出的位数值不同时，则检验到位错误。
填充错误：
在使用位填充方法进行编码的帧场中，出现第六个连续相
同电平的位时，则检测到填充错误。
CRC错误：
CRC序列由发送器的CRC计算结果构成，接收器以发送器
相同的方法计算CRC。
形式错误：当固定格式位场含有一个或更多非法位时，则
检测到形式错误。但接收器在帧结束的最后位检测到显性
位时，不将其理解为形式错误。
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② 错误界定规则
“错误激活”节点：
可正常参与总线通信，并在检测到错误时，发出一个活动
错误标志。
“错误认可”节点：
不应发送活动错误标志，并参与总线通信，但在检测到错
误时，发送一个认可错误标志。认可错误标志由6个连续
的隐性位组成
“总线脱离”节点：
当一个节点由于请求故障界定实体而对总线处于关闭状态
时，其处于“总线脱离”状态。
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图3-10 节点错误状态转换
② 错误界定规则
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2.物理层
(1)物理层结构
(2)位时间
(3)同步
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(1)物理层结构
图3-11 物理层结构
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(2)位时间
图3-12 正常位时间的组成
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(3)同步
1)在一个位时间内仅允许一种同步。
2)只有先前采样点检测到的数值(先前读总线数值)不
同于边沿后即现的总线数值时，边沿才被用于同步。
3)总线空闲期间，当存在隐性至显性的跳变沿时，
即完成硬同步。
4)所有满足规则1)和2)的其他隐性至显性的跳变沿
和在低位速率情况下，选择的显性至隐性跳变沿将被
用于重同步；若只有隐性至显性沿被用于重同步，由
于具有正相位的隐性至显性跳变沿，发送器将不完成
重同步。
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三、不同版本通信协议与互联
1. B类通信协议与C类通信协议互联
2.通用工作负荷特性
3.低速车身控制系统实施高速的CAN协议
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图3-13 网关处理内容
1. B类通信协议与C类通信协议互联
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图3-14 轿车CAN与SAE J1850网络互联
1. B类通信协议与C类通信协议互联
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2.通用工作负荷特性
为了合理分配通信速率，提高效率和降低成本，Bosch公
司开发了供不同等级通信选用的通用工作负荷特性表(见表
3-5)，共有90项内容，可供CAN总线汽车使用或维修时参
考。
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3.低速车身控制系统实施高速的CAN协议
(1)低速车身控制系统的含义
(2)串行链路输入／输出控制器局域网
(3)SLIO的物理寻址方法
(4)SLIOCAN的信息发送方式
(5)SLIOCAN总线与CAN总线对比
(6)SLIOCAN车身控制系统的布局
(7)SLIOCAN网络发生故障时的“对抗措施”
(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性
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(1)低速车身控制系统的含义
低速(小于125Kbit／s)车身控制系统主要指汽
车灯光、刮水器、电动车窗、后视镜、中央门
锁、空调以及其他低速数据的通信系统。低优
先级和低通信量的低速车身控制信息，若采用
高速数据总线结构，会使生产成本和维修费用
提高。
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(2)串行链路输入／输出控制器局域网
SLIOCAN是用于完成简单输入／输出功能的低智能
CAN芯片，其最简单的结构可以看做带有内部CAN
控制器的I／O端口，具有CAN协议规定的全部特征
和能力，并符合CAN 和CAN (无源)规格，
具有11位CAN标识符和29位忽略标识符，不会使总
线出错。
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(3)SLIO的物理寻址方法
图3-15 同一总线包括有其他CAN节点的SLIO
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(4)SLIOCAN的信息发送方式
为了使SLIO的内部振荡器同步以供总线定时，
主控制器须每隔3800位时间发送1条标定帧，
只需标定SLIO节点，就能发送1条CAN信息。
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(5)SLIOCAN总线与CAN总线对比
表3-7 SLIOCAN和CAN两个外主节点之间的最大容许距离
位速率/（Kbit/s） 总线长度/m
P82C150(SLIOCAN) P8XC592、
PCA82C200(CAN)
125 80 530
100 120 620
50 300 1300
20 850 3300
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(6)SLIOCAN车身控制系统的布局
图3-16 采用SLIOCAN的车身控制系统
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(7)SLIOCAN网络发生故障时的“对抗措施”
针对总线故障，SLIOCAN与智能的CAN节点相同，即
一旦CAN总线出现故障，各自独立的节点不能再与其
主机或其他节点通信，此时系统按照预定义参数进入
低效运行方式或缓复位。
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(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性
图3-17 SLIOCAN车身控制系统
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(8)SLIOCAN车身控制系统的“即插即用”特性
图3-18 改进后的车身控制系统
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4.大型汽车中应用最广泛的应用层协议SAE
SAE J1939由美国SAE组织维护和推广，其特点如下：
1)以CAN 协议为基础，物理层标准与ISO 11898规范
兼容，并采用符合该规范的CAN控制器和收发器。通信速率最
高可达250Kbit/s。
2)采用协议数据单元(PDU)传送信息，每个PDU相当于CAN
协议中的一帧。
3)利用CAN 扩展帧格式的29位标志符定义每一个PDU
的含义以及PDU的优先级。
4)J1939协议主要作为汽车中应用的通信协议，对汽车中应
用到的各类参数都进行了规定，参数的规定符合ISO 11992标
准。
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第三节 CAN的基本组成和数据传输原理
一、CAN的基本组成
二、数据传输原理
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一、CAN的基本组成
1.电控单元
2. CAN控制器
3. CAN收发器
4.数据传递终端
5. CAN总线
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通信协议
通信协议——即所谓的交通规则和交通标志的制定方
法。在CAN中决定哪种信号具有优先读
取权，哪种信号需要传递的速度快等。
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进入CAN-BUS
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了解CAN-BUS
LAN (Local Area Network)是微
机网络中的一种类型，CAN只是LAN中的
高速网络协议之一。
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汽车控制局域网的分类
中 中 低 成本
40m 40m（典型） 40m 总线
最
大长
度
1Mb/s
（250kb/s）
10~1250kb/s 20kb/s 位速
率
双绞线 双绞线 单根线 介质
控制、诊断 控制、诊断 智能传感
器
用途
C类 B类 A类 类别
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B类网络系统与C类网络系统
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CAN-BUS 各级别(C)举例
电子器件及项目 位
启用
频率
（Hz
）
等
级
源于何种系统
信号类
型
传输速率
（bps）
碰撞传感器 16 200 C 汽车安全系统 传感型 12800
车速控制信号 16 200 C 巡航控制系统 监控型 12800
轮速传感器 16 200 C 汽车安全系统 传感型 12800
火花塞输出正时信号 16 200 C 动力控制模块 监控型 12800
防抱死制动ABS的泵速度
控制
16 200 C 汽车安全系统 监控型 12800
曲轴位置传感器 16 200 C 点火控制模块 传感型 12800
加速踏板位置信号传感器 16 200 C 牵引力控制系统 传感型 12800
液压转向助力
16 200 C
电控液压助力系
统
传感型 12800
ABS的泵速度控制 16 200 C 汽车安全系统 传感型 12800
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CAN-BUS 各级别(B)举例
电子器件及项目 位
启用
频率
（Hz
）
等
级
源于何种系统
信号类
型
传输速率
（bps）
气缸识别传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
点火诊断监测器 16 50 B 点火控制模块 监控型 3200
手动控制感位置 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
废气加热氧传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
空气流量传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
节气门位置传感器 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
发动机转速 16 50 B 动力控制模块 传感型 3200
蓄电池电压 16 10 B 点火控制模块 传感型 640
空调压缩机离合器 16 10 B 动力控制模块 传感型 640
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CAN-BUS 各级别(A)举例
电子器件及项目 位
启用
频率
（Hz
）
等
级
源于何种系统
信号类
型
传输速率
（bps）
悬架状态 16 1 A 空气悬架 监控型 64
车外温度 16 1 A 空调控制系统 传感型 64
风扇速度控制 16 1 A 空调控制系统 监控型 64
设定/加速/复速 16 1 A 巡航控制系统 传感型 64
点火开关位置 16 1 A 仪表板显示系统 传感型 64
电动座椅 16 1 A 汽车安全系统 传感型 64
燃油油平面高度传感器 16 1 A 点火控制模块 传感型 64
辛烷值调节塞 16 1 A 动力控制模块 传感型 64
EGR真空调节器 16 1 A 动力控制模块 监控型 64
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如此多的信息，CAN-BUS是如
何解决的？
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第二章 CAN-BUS局域网工作
过程
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第一节 CAN-BUS局域网的基
本系统
控制单元A 控制单元B 控制单元C
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信息如何交换
控制单元A 控制单元B 控制单元C
发动机转速
00010101
发动机转速
00010101
发动机转速
00010101
并
行
信
息
连
续
的
比
特
流
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一、CAN的基本组成
图3-19 CAN的基本组成
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一、CAN的基本组成
图3-20 CAN接线
80C51—单片机 SJA1000—CAN控制器 PCA2C250—CAN收发器
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CAN-BUS局域网元件的功能
微处理器
带有时间换算
的CAN区
故障记录
CAN-BUS
收发器
接收区
接收邮箱
CAN构件
1.电控单元
K线/诊断线
发送区
发送邮箱
输
入
储
存
输
出
储
存
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1.电控单元
图3-21 CAN网络框架
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1.电控单元
控制单元接收来自传感器的信号，
将其处理后再发送到执行元件上。控制单
元接收到的传感器值会被定期查询并按顺
序存入输入存储器。处理后的结果存入输
出存储器，然后传递给各个执行元件。为
了能够处理CAN信息，各控制单元内还有
一个CAN存储区，用于容纳接收到和要发
送的信息。
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1.电控单元
图3-22 带有CAN收发功能的电控单元内部结构
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CAN构件
CAN构件用于数据交换，
它分为两个区，一个接收区，一个发送区。
该构件一般集成在控制单元的微控制器芯片
内。
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2. CAN控制器
CAN控制器由一块可编程芯片上的逻辑电路组成，实现通信
模型中物理层和数据链路层的功能，并对外提供与电控单元
的物理接口。
通过对CAN控制器编程，可设置其工作方式，控制其工作状
态，进行数据发送和接收，以它为基础建立应用层。
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3. CAN收发器
收发器就是一个发送-接收放大器，它把CAN
构件连续的比特流(逻辑电平)转换成电压值(线路传输电
平)，或反之。
收发器通过TX-线(发送导线)或RX-线(接收导线)
与CAN构件相连。
RX-线通过一个放大器直接与CAN总线相连，总
在监听总线信号。
TX线与总线通过一个断路式集流器电路来进行耦
合。(见下图)
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3. CAN收发器
图3-23 与TX线耦合的收发器
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3. CAN收发器
表3-8 收发器的特点
状态 晶 体 管 是否有源 电阻状态 总线电平
1 截止状态(开
关未接合)
无源 高 1
0 接通状态(开
关接合)
有源 低 0
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收发器工作情况
RX TX
+5V
总线导线
状态 晶体管 电阻状
态
总线电
平
1 截止状态(开关未结合) 无源 高 1
0 导通(开关结合) 有源 低 0
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三个收发器接到一根总线导线上
+5V +5V +5V
总线导线(0V)
收发器A 收发器B 收发器C
收发器A 收发器B 收发器C 总线导线
1 1 1 1(5V)
1 1 0 0(0V)
1 0 1 0(0V)
1 0 0 0(0V)
0 1 1 0(0V)
0 1 0 0(0V)
0 0 1 0(0V)
0 0 0 0(0V)
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4.数据传递终端
(1)分离终端
(2)多终端
(3)单终端
(4)非匹配终端
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(1)分离终端
图3-25 分离终端连接方式
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(2)多终端
图3-26 多终端连接方式
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(3)单终端
在某些情况下，仅仅只有一个终端电阻(124Ω或62Ω)位于
主节点中。
从CAN位定时要求方面考虑，系统配置应确保安全。
采用单终端接法的网络总线长度将小于正常终端接法总线
长度的50％。
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(4)非匹配终端
该接法使终端电阻与线路的特性阻抗不匹配，以减少对线路
双绞的要求，在同等配置下可增加驱动能力或降低功耗。
其终端电阻阻值高于电缆的特性阻抗值，要求系统配置能确
保安全。
与采用标准终端接法相比，当终端电阻增大时，相应的总线
延时会急剧增加，位速率急剧降低。
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5. CAN总线
图3-27 CAN数据传输线
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二、数据传输原理
1.信息格式转换与请求发送信息
2.发送开始(总线空闲判断)
3.发送信息
4.接收过程
5.位仲裁
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图3-28 CAN数据格式
1.信息格式转换与请求发送信息
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二、数据传输原理
1.信息传递格式：
标识:(标识符11位
)用于识别信息
信息内容:数字区最大8位
包含信息的内容
16位CRC校验
数据安全的校验和数
确认(2位数据收到信号)
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2.传递过程
发
送
开
始
发送
信息
查询总线
是否空闲
检查信息
是否正确
检查信息
是否可用
CRC
校验
需要
该信
息
接
收
信
息
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发动机
控制单元
输
入
储
存
输
出
储
存
ABS
控制单元
输
入
储
存
输
出
储
存
组合仪表
控制单元
输
入
储
存
RX TX RX TX RX TX
发动机转速 发动机转速
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2.发送开始(总线空闲判断)
图3-29 总线空闲判断
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3.发送信息
图3-30 发送信息
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4.接收过程
图3-31 信息接收
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4.接收过程
1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。
2)第二步：检查信息是否可用(接收层)。
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1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。
图3-32 确认位(应答场)
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1)第一步：检查信息是否正确(监控层)。
图3-33 监控层工作原理(所有电控单元)
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2)第二步：检查信息是否可用(接收层)。
图3-34 接收层工作原理
(组合仪表电控单元)
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5.位仲裁
(1)位仲裁的特点
(2)位仲裁实施过程
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如何避免数据冲突
如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总
线上就必然会发生数据冲突，为了避免这种状况，CAN-
BUS采取仲裁方法来处理这类 冲突。
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(1)位仲裁的特点
对数据进行实时处理时，必须快速传送数据，因此，要求数据
的物理传输通路有较高的速度。
在几个站同时需要发送数据时，要求快速地进行总线分配。
CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11
位标识符中，最低二进制数的标识符具有最高的优先级。
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标
识
符
仲
裁
过
程
TX
位数：1 2 3 4 5 6 7 8
信息：1 0 1 0 1 0 1 0
RX
发动机
控制单元
TX
RX
ABS
控制单元
信息：1 0 1 0 1 0 1 1
TX
RX
组合仪表
控制单元
信息：1 0 1 1 1 1 1 1
数据总线
信息：1 0 1 0 1 0 1 0
有分配功能并保持
在发送模式
无分配功能并进入
接收模式
无分配功能并进入
接收模式
标识符中的号码越小，表示该信息越重要。这种方法称之为仲裁。
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信息仲裁过程
标识符 二进制 十六进制
发动机_1 010 1000 0000 280
制动 010 1010 0000 1A0
仪表 011 0010 0000 320
转向角传感器_1 000 1100 0000 0C2
自动变速器_1 100 0100 0000 440
数字最小的(前面的“0”最多)，优先级越高。
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第四节 CAN主要部件的结构原理
一、CAN控制器
二、CAN收发器
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一、CAN控制器
1. CAN独立控制器SJA1000
2. CAN集成电控单元P8xC591
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1. CAN独立控制器SJA1000
(1)SJA1000的特点
(2)SJA1000的结构
(3)SJA1000的工作模式
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(1)SJA1000的特点
1)与PCA82C200独立的CAN控制器端子兼容、电气兼容，
具有PCA82C200模式，即默认的BasicCAN模式。
2)扩展的接收缓冲器为64B，先进先出(FIFO)。
3)与CAN 协议兼容(PCA82C200兼容模式中的无源扩
展结构)，同时支持11位和29位识别码
4)位速率可达1Mbit／s。
5)24MHz时钟频率。
6)对应不同电控单元的接口。
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7)可编程的CAN收发器配置。
8)温度适应范围扩大(-40～+125℃)。
9)PeliCAN模式扩展功能包括：可读写访问的错误计数器，
可编程的错误报警限制寄存器，最近一次错误代码寄存器，
对每一个CAN总线错误的中断，具体控制位控制的仲裁丢
失中断，单次发送无重发，只听模式(无确认、无活动的
出错标志)，支持热插拔(软件位速率检测)，接收过滤器
扩展(4B代码、4B屏蔽)和自身报文接收(自接收请求)。
(1)SJA1000的特点
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(2)SJA1000的结构
图3-36 SJA1000结构框图
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(2)SJA1000的结构
图3-37 SJA1000插接器端子布置
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(2)SJA1000的结构
图3-38 SJA1000在CAN中的布置
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(3)SJA1000的工作模式
1)BasicCAN模式
2)PeliCAN模式
3)命令寄存器
4)主要电气参数
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1)BasicCAN模式
① BasicCAN地址分配。SJA1000的地址区包括控制段和报文缓
冲区。控制段的初始化载入是通过被编程配置通信参数(如，位
时序)，单片机通过控制段控制CAN总线通信。初始化时，
CLKOUT信号被单片机编程指定一个值。
② 寄存器复位模式配置。检测到有复位请求后，将终止当前接
收／发送的报文而进入复位模式。当向复位位传送了“1-0”的下
降沿，CAN控制器将返回工作模式。寄存器复位值见表3-13。
③ 控制寄存器(CR)。控制寄存器的内容用于改变CAN控制器的
行为，这些位被单片机设置或复制，并对控制寄存器进行读/写
操作。控制寄存器各位的功能说明见表3-14。
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④ 命令寄存器(CMR)。命令位初始化SJA1000传输层上
的动作。命令寄存器只写存储器，若读该地址，返回值为
1111 1111。两条命令之间至少有一个内部时钟周期，
内部时钟的频率是外部振荡频率的1/2。命令寄存器各位
的功能说明见表3-15。
⑤ 状态寄存器(SR)。状态寄存器的内容反映SJA1000的
状态，为只读存储器。状态寄存器各位的功能说明见表3-
16。
⑥ 中断寄存器(IR)。中断寄存器允许中断源识别，为只
读存储器。
⑦ 发送缓冲区列表。发送缓冲区列表见表3-18。缓冲器
用于存储单片机要SJA1000发送的信息，分为描述符区
和数据区。
1)BasicCAN模式
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⑧ 接收缓冲器。接收缓冲器是RXFIFO中可访问
的部分，位于CAN地址的20～29之间，其全部
列表与发送缓冲器类似。RXFIFO共有64B的信
息空间(接收缓冲器当前的可用信息是信息1)，如
图3-39所示。
⑨ 验收滤波器。在验收滤波器的帮助下，CAN控
制器允许RXFIFO只接收与识别码和验收滤波器
中预设值一致的信息。验收滤波器通过验收代码
寄存器和验收屏蔽寄存器定义。
1)BasicCAN模式
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图3-39 RXFIFO中的报文存储
1)BasicCAN模式
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表3-19 ACR的位分配(CAN地址4)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
AC．7 AC．6 AC．5 AC．4 AC．3 AC．2 AC．1 AC．0
1)BasicCAN模式
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2)PeliCAN模式
① PeliCAN地址列表
② 模式寄存器(MOD)
③ 命令寄存器(CMR)
④ 状态寄存器
⑤ 中断寄存器
⑥ 中断使能寄存器(IER)
⑦ 仲裁丢失捕捉寄存器(ALC)
⑧ 错误代码捕捉寄存器(ECC)
⑨ 错误报警限制寄存器(EMLR)
⑩ RX出错计数寄存器(RXERR)
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（11）TX出错计数寄存器(TXERR)
（12）发送缓冲器的描述符区
（13）接收缓冲器
（14）验收滤波器
（15）RX信息计数器（RMC）
(16)RX缓冲器起始地址寄存器(RBSA)
2)PeliCAN模式
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① PeliCAN地址列表
CAN控制寄存器的内部寄存器以外部寄存
器的形式存在，而作为片内内存使用。由
于CAN控制器可工作在不同模式(工作／复
位)，因此必须区分不同的内部地址定义。
从CAN地址32开始所有的内部RAM80B被
映像为CPU的接口。PeliCAN的地址分配
见表3-21。
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② 模式寄存器(MOD)
模式寄存器用于改变CAN控制器的行为方
式，CPU将控制寄存器作为读/写寄存器，
可设置这些位，保留位读值为逻辑0。
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表3-23 模式寄存器的复位值
位 符 号 MOD．7 SM AFM STM LOM RM
硬件复位 值 0（保留） 0（唤醒） 0（双向） 0（正常） 0（正常） 1（当前）
软件置
MOD．
0=1
或总线关
闭
0（保留） 0（唤醒） × × ×
② 模式寄存器(MOD)
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③ 命令寄存器(CMR)
表3-24 命令寄存器各位的功能说明(地址1)
位 符号 名 称 值 功 能
～
保留
SRR 自接收请 1 当前：信息
可以被同时发
送和接收
0 空缺
CDO 清除数据
溢
1 清除：数据
溢出状态位被
清除
0 无动作
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表3-24 命令寄存器各位的功能说明(地址1)
位 符号 名 称 值 功 能
RR 释放接收缓
冲
1 释放：接收
缓冲器
（RXFIFO）中
当前呈现的报
文的储存空间
0 无动作
AT 终止发 1 当前：如果
不是正在处理，
将取消等待中
的发送请求
0 空缺
TR 发送请 1 当前：报文
被发送
0 空缺：无动
作
③ 命令寄存器(CMR)
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表3-25 命令寄存器的复位值
位符号 MOD
．7～5
SRR CDO RRB AT TR
硬件复
位
值 0（保
留）
0（空
缺）
0（无
动作）
0（无
动作）
0（空
缺）
0（空
缺）
软件置
MOD
．0=1
或总线
关闭
0（保
留）
0（空
缺）
0（无
动作）
0（无
动作）
0（空
缺）
③ 命令寄存器(CMR)
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表3-27 状态寄存器的复位值与含义
位 符 号 BS ES TS RS TCS TBS DOS RBS
硬件
复位
值 0(总
线
开启)
0(OK
)
1(等
待
空闲)
0(等
待
空闲)
1(完
成)
1(释
放)
0(空
缺)
0(空)
软件
置
MOD
．
0=1
或总
线关
闭
× × 1(等
待
空闲)
0(等
待
空闲)
× 1(释
放)
0(空
缺)
④ 状态寄存器
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⑤ 中断寄存器
中断寄存器用于识别中断源，为只读存储
器。当寄存器的一位或多位被置1时，将
CAN中断通知CPU，CPU将除接收中断位
外的所有位复位。
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⑥ 中断使能寄存器(IER)
中断使能寄存器使不同类型的中断源对CPU
有效，为可读/写存储器。中断使能寄存器各
位的功能见表3-29。
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⑦ 仲裁丢失捕捉寄存器(ALC)
图3-40 仲裁丢失位说明
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表3-30 仲裁丢失捕捉寄存器各位的功能说明(CAN地址11)
位 符号 名称 值 与 功 能
ALC．5～ALC．
7
保留 ALC．0～ALC．4，这5位的编
码数值对应仲裁丢失的位置，如
00010对应仲裁丢失在标识码的
BIT3；01010对应仲裁丢失在标识
码的BIT11
ALC．4 BITN04 第4位
ALC．3 BITN03 第3位
ALC．2 BITN02 第2位
ALC．1 BITN01 第1位
ALC．0 BITN00 第0位
⑦ 仲裁丢失捕捉寄存器(ALC)
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⑧ 错误代码捕捉寄存器(ECC)
表3-31 错误代码捕捉寄存器各位的功能说明(CAN地址12)
位 符号 名称 值 功 能
ECC．7 ERRC1 错误代码1 — —
ECC．6 ERRC0 错误代码0 — —
ECC．5 DIR 方向 1 RX：接收
时发生的错误
0 TX：发送
时发生的错误
ECC．4 SEG．4 段4 位ECC．0
～ECC．4组
合编码具有不
同的功能，见
表3⁃32
位～
组合
编码具有不
同的功能，
见表3-32
ECC．3 SEG．3 段3
ECC．2 SEG．2 段2
ECC．1 SEG．1 段1
ECC．0 SEG．0 段0
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⑨ 错误报警限制寄存器(EMLR)
表3-33 错误报警限制寄存器各位的功能说明(CAN地址13)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
EML
R．7
EML
R．6
EML
R．5
EML
R．4
EML
R．3
EML
R．2
EML
R．1
EML
R．0
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⑩ RX出错计数寄存器(RXERR)
表3-34 RXERR各位的功能说明(CAN地址14)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
RXER
R．7
RXER
R．6
RXER
R．5
RXER
R．4
RXER
R．3
RXER
R．2
RXER
R．1
RXER
R．0
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（11）TX出错计数寄存器(TXERR)
表3-35 TXERR各位的功能说明(CAN地址15)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
TXE
RR．
7
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（12）发送缓冲器的描述符区
图3-41 标准帧和扩展帧格式配置在发送缓冲器中的列表
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表3-36 TX帧信息(SFF)(CAN地址16)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
F RT DLC． DLC． DLC． DLC．
（12）发送缓冲器的描述符区
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表3-37 TX识别码1(SFF)(CAN地址17)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
ID．28 ID．27 ID．26 ID．25 ID．24 ID．23 ID．22 ID．21
（12）发送缓冲器的描述符区
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表3-38 TX识别码2(SFF)(CAN地址18)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
ID．20 ID．19 ID．18
（12）发送缓冲器的描述符区
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表3-39 TX帧信息(EFF)(CAN地址16)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
F RT DLC． DLC． DLC． DLC．
（12）发送缓冲器的描述符区
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授人以鱼不如授人以渔
表3-40 TX识别码1(EFF)(CAN地址17)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
ID．28 ID．27 ID．26 ID．25 ID．24 ID．23 ID．22 ID．21
（12）发送缓冲器的描述符区
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授人以鱼不如授人以渔
表3-41 TX识别码2(EFF)(CAN地址18)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
ID．20 ID．19 ID．18 ID．17 ID．16 ID．15 ID．14 ID．13
（12）发送缓冲器的描述符区
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授人以鱼不如授人以渔
表3-42 TX识别码3(EFF)(CAN地址19)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
ID．12 ID．11 ID．10 ID．9 ID．8 ID．7 ID．6 ID．5
（12）发送缓冲器的描述符区
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授人以鱼不如授人以渔
表3-43 TX识别码4(EFF)(CAN地址20)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
ID．4 ID．3 ID．2 ID．1 ID．0
（12）发送缓冲器的描述符区
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（13）接收缓冲器
图3-42 RXFIFO中的信息存储
注：接收缓冲器中当前的可用信息是信息1。
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（14）验收滤波器
图3-43 接收标准帧报文时的单个滤波器配置
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图3-44 接收扩展帧报文时的单个滤波器配置
（14）验收滤波器
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（15）RX信息计数器（RMC）
图3-45 接收标准帧报文的双滤波器配置
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(16)RX缓冲器起始地址寄存器(RBSA)
图3-46 接收扩展帧报文的双滤波器配置
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3)命令寄存器
① 总线定时寄存器0(BTR0)
② 总线定时寄存器1(BTR1)
③ SJA1000的BRP计算
④ 输出控制寄存器(OCR)
⑤ 时钟分频寄存器(CDR)
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① 总线定时寄存器0(BTR0)
表3-55 BTR0各位的功能说明(CAN地址6)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
SJW．1 SJW．0 BRP．5 BRP．4 BRP．3 BRP．2 BRP．1 BRP．0
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表3-56 BTR1各位的功能说明(CAN地址7)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
SAM TSEG2
．2
TSEG2
．1
TSEG2
．0
TSEG1
．3
TSEG1
．2
TSEG1
．1
TSEG1
．0
② 总线定时寄存器1(BTR1)
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表3-57 采样位的功能说明
位 值 功 能
SAM 1 3倍：总线采样3次；
使用低/中速总线（A类
和B类），有利于过滤
总线上的毛刺波
0 单倍：总线采样一次；
用于高速总线（C类）
② 总线定时寄存器1(BTR1)
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图3-47 一个位周期的整体结构
② 总线定时寄存器1(BTR1)
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③ SJA1000的BRP计算
1个系统时钟
1个位周期
则
设置BTR0和BTR1参数后，实际传输的波
特率范围
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表3-58 OCR各位的功能说明(CAN地址8)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
OCTP1 OCTN1 OCPOL
1
OCTP0 OCTN0 OCPOL
0
OCMO
DE1
OCMO
DE0
④ 输出控制寄存器
(OCR)
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图3-48 收发器的输入/输出控制逻辑
④ 输出控制寄存器
(OCR)
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表3-59 OCMODE位的说明
OCMODE1 OCMODE0 说 明
0 0 双向输出模式
0 1 测试输出模
1 0 正常输出模式
1 1 时钟输出模式
④ 输出控制寄存器
(OCR)
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图3-49 时钟输出模式
图3-50 双相输出时序配置(输出控制寄存器为F8H)
④ 输出控制寄存器
(OCR)
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表3-60 输出端子配置
驱动 TXD OCTPX OCTNX OCPOL
K
TP TN TX
悬空 0 0 关 关 悬空
上拉 0 0 1 0 关 开 低
1 0 1 0 关 关 悬空
0 0 1 1 关 关 悬空
1 0 1 1 关 开 低
下拉 0 1 0 0 关 关 悬空
1 1 0 0 开 关 高
0 1 0 1 开 关 高
1 1 0 1 关 关 悬空
上拉 0 1 1 0 关 开 低
1 1 1 0 开 关 高
0 1 1 1 开 关 高
1 1 1 1 关 开 低
④ 输出控制寄存器
(OCR)
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⑤ 时钟分频寄存器(CDR)
表3-61 CDR各位的功能说明(CAN地址31)
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0
CAN模
式
CBP RXINT
EN
关闭时
钟
CD．2 CD．1 CD．0
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⑤ 时钟分频寄存器(CDR)
表3-62 频率选择
CD．2 CD．1 CD．0 时 钟 频 率
0 0 0 /2
0 0 1 /4
0 1 0 /6
0 1 1 /8
1 0 0 /10
1 0 1 /12
1 1 0 /14
1 1 1
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2.括号中是功能说明。
表3-63 SJA1000的主要电气参数
参 数 条件 最小值 最大值
电源电压（）/V 4．5 5．5
除TX0和TX1之
外所有端子的输入
/输出电流
（/）/mA
— ±4
TX0和TX1共消
耗电流
（（Sink））/mA
— 30
TX0和TX1源电
流之和
（（Souce））/mA
— -20
操作环境温度
（）/℃
-40 125
储存温度（）/℃ -65 150
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4)主要电气参数
SJA1000的主要电气参数见表3-63。
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2. CAN集成电控单元P8xC591
(1)硬件构成及其功能
(2)存储系统
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(1)硬件构成及其功能
图3-51 P8xC591功能框图
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(2)存储系统
1)程序存储器
2)数据存储器
3)I/O结构
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1)程序存储器
P8xC591包含16KB内部程序存储器，可
使用外部存储器扩展到64KB。当EA为高
电平时，P8xC591从内部ROM读取地址，
除非地址超过3FFFH。地址4000H～
FFFFH取自外部程序存储器。EA在复位时
锁存，复位之后不用考虑。对于ROM和
EPROM的P8xC591，器件执行防范措施，
以确保不会被非法的程序存储器读取。
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2)数据存储器
分4个独立部分，即低128B RAM(地址
00H～7FH，可直接和间接寻址)、高
128B RAM(地址80H～FFH，为间接寻址
)、128B特殊功能寄存器(SFR，地址80H
～FFH，只能直接寻址)和256B辅助AUX-
RAM(地址00H～FFH)，通过MOVX间接
寻址且EXTRAM位清零。
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3)I/O结构
① P0与80C51电控单元功能相同。复位后，P0口特殊功能
寄存器为FFH。P0还提供复用的低位地址和数据总线，
用于扩展P8xC591的标准存储器和外围设备。
② P1支持几种可选功能，具有不同的I/O状态。在复位
后，和为高电平，而～为高阻态(三
态)。
③ P2与80C51电控单元功能相同。复位后，P1口特殊功
能寄存器为FFH；P2还提供复用的高位地址和数据总线，
用于扩展P8xC591电控单元功能的外部存储器和域外部
数据存储器。
④ P3与80C51电控单元功能相同。复位后,P3口特殊功
能寄存器为FFH。
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二、CAN收发器
1. CAN收发器PCA82C250
2. CAN收发器TJA1040
3. PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较和升
级
4.工作模式
5.互操作性
6.硬件问题
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1. CAN收发器PCA82C250
(1)PCA82C250的主要特点
(2)PCA82C250的结构
(3)PCA82C250的工作原理
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(1)PCA82C250的主要特点
1)与ISO 11898标准完全兼容。
2)高速率(1Mbit/s)。
3)采用斜率控制，降低射频干扰(RFI)。
4)具有抗汽车环境下的瞬间干扰和保护总线的能力。
5)低电流待机模式。
6)在24V系统中防止电池对搭铁短路。
7)过热保护。
8)未上电时，节点不会干扰总线。
9)总线至少可连接110个节点。
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(2)PCA82C250的结构
图3-52 CAN收发器PCA82C250
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(2)PCA82C250的结构
表3-64 PCA82C250基本性能参数
参 数 条 件 最小值 典型值 最大值
电源电压
（）/V
4．5 — 5．5
电源电流
（）/mA
显性位，V1=1V — — 70
隐性位，V1=4V — — 14
待机模式 — 0．1 0．17
CAN⁃H、
CAN⁃L端子直流
电压（）/V
0＜＜5．5V -8 — 18
差动总线电压
（ΔV）/V
V1=1V 1．5 — 3．0
差动输入电压
（隐性值）
（）/V
非待机模式 -1．0 — 0．4
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(2)PCA82C250的结构
表3-64 PCA82C250基本性能参数
差动输入
电压（显性
值）（）/V
非待机模式 1．0 — 5．0
传播延迟
（）/ ns
高速模式 — 50
工作环境
温度（）/℃
—40 — 120
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(2)PCA82C250的结构
表3-65 PCA82C250端子功能
符 号 端 子 功 能
TXD 1 发送数据输入
GND 2 搭铁
3 电源电压
RXD 4 接收数据输入
5 参考电压输出
CAN⁃L 6 低电平CAN电压输入/
输出
CAN⁃H 7 高电平CAN电压输入/
输出
8 斜率电阻输入
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(3)PCA82C250的工作原理
PCA82C250驱动电路内部具有限流电路，可防止发
送输出级对电源、搭铁或负载短路。当短路出现时功
耗增加，可避免损坏输出级。若结温超过160℃，则
两个发送器输出端极限电流将减小。由于发送器是功
耗的主要部分，因而限制了芯片的温升，器件的其他
部分将继续工作。PCA82C250采用双线差分驱动，
有助于抑止汽车在恶劣电气环境下受到的瞬变干扰。
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2. CAN收发器TJA1040
图3-53 TJA1040功能框图
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2. CAN收发器TJA1040
表3-68 TJA1040端子功能
符号 端子 功 能 符号 端子 功 能
TXD 1 发送数据
输入
SPLIT 5 共模稳压
输出
GND 2 搭铁 CAN⁃L 6 低电平
CAN电压
输入/输出
3 电源电压 CAN⁃H 7 高电平
CAN电压
输入/输出
RXD 4 接收数据
输出
STB 8 待机模式
控制输入
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2. CAN收发器TJA1040
(1)正常模式 收发器通过总线CAN-H和CAN-L
发送和接收数据。
(2)待机模式 发送器和接收器都关闭，只用低
功耗的差动收发器监控总线。
(3)分解网络 分解网络为的直流稳压源，
只在正常模式中接通。
(4)唤醒 在待机模式中，总线由低功耗的差动
比较器监控。
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（5)过热检测 收发器在过热时会受到保护。若实
际连接点温度超过了165℃，收发器会被禁止，直到
实际连接点温度低于165℃后，TXD才会再一次变
成隐性。因此，收发器的振幅不会受到温度漂移的
影响。
(6)TXD显性超时功能 当端子TXD由于硬件和/或
软件程序的错误而被持续地置为低电平时，TXD显
性和斜率定时器电路可防止总线进入持续的显性状
态(阻塞所有网络通信)。 (7)自动防故障功能 端子
TXD提供了一个向VCC的上拉，当不使用端子TXD
时，保持隐性电平。端子STB提供了一个向VCC的上
拉，当不使用端子STB时，使收发器进入待机模式。
2. CAN收发器TJA1040
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3. PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较和
升级
(1)PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较
(2)PCA82C250/251、TJA1050和TJA1040插接器的端子布置
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(1)PCA82C250/251与TJA1040、TJA1050的比较
TJA1040比PCA82C250/251有以下改进：
1)若不上电，则总线上完全无源。
2)改良的抗电磁干扰(EMI)性能。
3)改良的防电磁辐射性能。
4)在待机模式时，电流消耗非常低(最大
15μA)。
5)SPLIT端子代替Vref端子，有利于对总线的
直流稳压。
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(2)PCA82C250/251、TJA1050和TJA1040插接器的
端子布置
图3-54 PCA82C250/251、TJA1050和TJA1040插接器的端子布置
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4.工作模式
表3-70 工作模式及端子8相应的设置
工作模式 特 征 端子8的信号电平
TJA1040 PCA82C250/251 TJA1050
正常（高速） 发送功能
接收功能
低 低或悬空 低或悬空
待机 减小电流
远程唤醒
混串音保护
高或悬空 高 —
斜率控制 可变斜率 — 通过
10kΩ<<180kΩ连
接GND
—
静音 混串音保护
“只听”功
能
— — 高
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4.工作模式
(1)正常(高速)模式
(2)待机模式
(3)斜率控制模式
(4)静音模式
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(1)正常(高速)模式
对于总线收发器，正常(高速)模式都相同。从
TXD输入的数字位流被转换成相应的模拟总线
信号，同时总线收发器监控总线，将模拟总线
信号转换成相应的数字位流从RXD输出。
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(2)待机模式
PCA82C250/251和TJA1040提供了一个专用
的待机模式，电流消耗减到最低(如TJA1040最
大为15μA，PCA82C250最大为170μA)。在
待机模式中，TJA1040和PCA82C250/251发
送器完全禁能，TJA1040和PCA82C250/251
提供了与Babbling Idiot节点一致的静音功能。
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(3)斜率控制模式
只有PCA82C250/251提供斜率控制模式。通
过RS端子和GND之间的电平连接电阻调整斜率。
TJA1050和TJA1040的抗电磁干扰性比
PCA82C250/251提高了20dB，可摆脱共模
扼流。
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(4)静音模式
TJA1050提供一个专用的静音模式，发送器完
全禁能，以确保没有信号能从TXD发送至总线。
如同TJA1040待机模式，该静音模式可建立一
个Babbling Idiot保护。静音模式中，接收器
保持激活状态，可执行“只听”功能。
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5.互操作性
(1)TJA1040和PCA82C250/C251、TJA1050混合使用
(2)TJA1040和TJA1041节点混合使用
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5.互操作性
表3-71 不同工作模式和不上电情况下的总线偏压
收发器
条件
PCA82C250/251 TJA1050 TJA1040
模式 总线偏
压
模式 总线偏
压
模式 总线偏
压
低（端
子8）
正常 Vcc/2 正常 Vcc/2 正常 Vcc/2
高（端
子8）
待机 Vcc/2 静音 Vcc/2 待机 GND
悬空
（端子
8）
正常 Vcc/2 正常 Vcc/2 待机 GND
不上电 — GND — GND — 悬空
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5.互操作性
图3-55 TJA1040和PCA82 C250节点总线处于隐性状态的补偿电
路
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(1)TJA1040和PCA82C250/C251、TJA1050混合使用
表3-72 不同的总线偏压和补偿电流
PCAC250/251和
TJA1050
TJA1040
所 有 模 式 不 上 电
普通/高速 — ×
待机 × —
不上电 — —
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(2)TJA1040和TJA1041节点混合使用
表3-73 TJA1040和TJA1041节点的混合模式
TJA1041
TJA1040
普通/高速 Pwon 待机 休眠 不上电
普通/高速 — — × × ×
待机 × × — — —
不上电 — — — — —
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6.硬件问题
图3-56 PCA82C250/251的典型应用电路
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6.硬件问题
图3-57 TJA1050的典型应用电路
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6.硬件问题
图3-58 TJA1040的典型应用电路
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第五节 CAN设计基础
一、CAN智能节点设计
二、CAN网桥设计
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一、CAN智能节点设计
1. CAN智能节点硬件设计
2. CAN智能节点软件设计
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1. CAN智能节点硬件设计
图3-59 CAN总线系统智能节点硬件电路
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2. CAN智能节点软件设计
(1)初始化过程
(2)发送过程
(3)接收过程
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(1)初始化过程
SJA1000的初始化只能在复位模式下进行，主
要包括工作方式、接收滤波方式、接收屏蔽寄
存器(AMR)和接收代码寄存器(ACR)、波特率
参数和中断允许寄存器(IER)的设置等。
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(2)发送过程
发送子程序负责节点报文的发送。发送时只需
将待发送的数据按特定格式组合帧报文，送入
SJA1000发送缓存区中，然后启动SJA1000发
送即可。在向SJA1000发送缓存区送报文之前，
必须先作一些判断。发送程序分发送数据帧和
远程帧两种，远程帧无数据场。
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(3)接收过程
接收子程序负责节点报文的接收以及其他情况
的处理，比发送子程序复杂，其原因是在处理
接收报文的过程中，要对诸如总线关闭、错误
报警、接收溢出等情况进行处理。SJA1000报
文的接收主要有中断接收方式和查询接收方式，
二者编程思路基本相同。
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二、CAN网桥设计
1. CAN网桥硬件电路设计
2. CAN网桥软件设计
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1. CAN网桥硬件电路设计
图3-60 CAN网桥硬件结构
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2. CAN网桥软件设计
(1)主监控程序设计
(2)接收中断子程序设计
(3)发送子程序设计
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(1)主监控程序设计
图3-61 主监控程序流程
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(2)接收中断子程序设计
图3-62 网桥第一路接收中断子程序流程
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(3)发送子程序设计
发送子程序进行FIFO中的数据发送，网桥软件
中共有两个发送子程序，分别对应两路CAN总
线控制器。发送子程序的调用在主监控程序中
进行，当主监控程序确认某一路CAN总线控制
器非空时，调用发送子程序向另一路发送数据。
在发送子程序中，除了将FIFO中数据向另一方
发送外，同样FIFO也进行相应的参数调整，包
括发送数据指针和FIFO中存储数据的有效字节
长度。
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. 大众、奥迪车CAN数据总线简介
大众、奥迪车上使用多种CAN数据总线，第一种
CAN数据总线是舒适CAN数据总线，传输速率为
Kb/s；第二种是动力CAN数据总线，传输速率是500 Kb/s。
目前所有车型都使用动力CAN数据总线。例如，宝来轿
车的数据总线系统如图6-2所示。
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图6-2 宝来轿车的数据总线系统
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从2000年的车型起，大众、奥迪车开始使用“新
型的舒适CAN数据总线和信息CAN数据总线”，其传
输速率均为100 Kb/s。
通过带网关的组合仪表，新型的舒适CAN数据总
线和信息CAN数据总线也可以与动力CAN数据总线进
行数据交换。
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1．具体分类
根据信号的重复率、产生的数据量和可用性(准备状态)
，CAN数据总线系统分为如下三类：
(1) 动力CAN数据总线(高速)：速率为500 Kb/s，用于
将驱动线束上的控制单元联网。
(2) 舒适CAN数据总线(低速)：速率为1×105 b/s，用于
将舒适系统中的控制单元联网。
(3) 信息CAN总线(低速)：速率为100 Kb/s，用于将收音
机、电话和导航系统联网。
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2．所有系统的共性
各系统在数据高速公路上采用同样的交通规则，即“
传输协议”。为了保证有很高的抗干扰性(如来自发动机
舱)，所有的CAN数据总线都采用双线式系统。
将要发送的信号在发送控制单元的收发器内转换成不
同的信号电平，并输送到两条CAN导线上，只有在接收控
制单元的差动信号放大器内才能建立两个信号电平的差值，
并将其作为唯一经过校正的信号继续传至控制单元的CAN
接收区。
信息CAN数据总线与舒适CAN数据总线的特性是一
致的。
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3．各系统的重要区别
(1) 动力CAN数据总线通过15号接线柱进行切断，或经
过短时无载运行后切断。而舒适CAN数据总线由30号接线
柱供电且必须保持随时可用的状态。
(2) 为了尽可能降低对供电网产生的负荷，在15号接线
柱关闭后，如果总系统不再需要舒适数据总线，那么舒适
数据总线就进入所谓的“休眠模式”。
(3) 舒适/信息CAN数据总线在一条数据线短路或一条
CAN线断路时，可以用另一条线继续工作，这时会自动切
换到“单线工作模式”。
(4) 动力CAN数据总线的电信号与舒适/信息CAN数据
总线的电信号是不同的。
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大众、奥迪车CAN的链路
1．CAN的导线
CAN数据总线是一种双线式数据总线，脉冲频率为
100 Kb/s(舒适/信息数据总线)或500 Kb/s(驱动数据总线)。
舒适/信息CAN数据总线也叫低速总线，动力CAN数据总线
也叫高速总线。
各个CAN系统的所有控制单元都并联在CAN数据总线
上。CAN数据总线的两条导线分别叫做CAN-High和CAN-
Low线，两条扭绞在一起的导线称为双绞线，如图6-3所示。
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图6-3 双绞线
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控制单元之间的数据交换就是通过这两条导
线来完成的，这些数据可能是发动机转速、油箱
油面高度及车速等。
CAN导线的基色为橙色。对于动力CAN数据
总线来说，CAN-High线上还多加了黑色作为标志
色；对于舒适CAN数据总线来说，CAN-High线上
的标志色为绿色；对于信息CAN数据总线来说，
CAN-High线上的标志色为紫色。CAN-Low线的
标志色都是棕色。
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2．CAN导线的布线图
大众集团使用的CAN数据总线有一个特点：
控制单元之间呈树形连接，这在CAN标准中是
没有的。车上CAN导线的实际布置状态称为拓
扑结构图，不同的车，拓扑结构也不同。
图6-4是Phaeton车的动力CAN拓扑结构图，
可以很清楚地看到树形的网络结构。
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图6-4 Phaeton车的树形网络结构
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动力CAN数据总线
1．动力CAN数据总线的主要联网单元
动力CAN数据总线的速率为500 Kb/s，用于将动力
CAN数据总线方面的控制单元联成网络。动力CAN数
据总线的控制单元如下：
(1) 发动机控制单元。
(2) ABS控制单元。
(3) ESP控制单元。
(4) 变速器控制单元。
(5) 安全气囊控制单元。
(6) 组合仪表。
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与所有的CAN导线一样，动力CAN数据总线也
是双线式数据总线，其脉冲频率为
500 Kb/s，因此也称为高速CAN总线。控制单元通
过动力CAN数据总线的CAN-High线和CAN-Low线
来进行数据交换。
控制单元循环往复地发送信息，信息的重复周
期一般为10～25 ms。
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2．动力CAN数据总线上的信号电压变化
以动力CAN数据总线为例，在静止状态时，这
两条导线上作用有相同的预先设定值，该值称为静
电平。对于动力CAN数据总线来说，这个值大约为
V。静电平也称为隐性状态，与其相连接的所有
控制单元均可修改它。
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在显性状态时，CAN-High线上的电压值会升高一个
预定值(对动力CAN数据总线来
说，这个值至少为1 V)，而CAN-Low线上的电压值会降
低一个同样值(对动力CAN数据总线来说，这个值至少为
1 V)。于是在动力CAN数据总线上，CAN-High线就处
于激活状态，其电压不低于 V( V＋1V＝ V)，
而CAN-Low线上的电压值最多可降至 V
( V－1 V＝ V)。
因此在隐性状态时，CAN-High线与CAN-Low线上
的电压差为0 V，在显性状态时该差值最低为2 V，如图
6-5所示。
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图6-5 CAN数据总线上的信号电压变化
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图6-6中所示的是一个真实的CAN电报变化图，
它由一个收发器产生，并由VAS5051的数字存储式
示波器(DSO)接收下来。两个电平之间的叠加信号
变化表示 V的隐性电平。CAN-High线上的显性
电压约为 V，CAN-Low线约为 V。
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图6-6 DSO现实的动力CAN总线信号电压变化
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3．动力CAN的收发器
收发器内，CAN-High线和CAN-Low线
上的信号转换控制单元是通过收发器连接到
动力CAN总线上的，在这个收发器内有一
个接收器，该接收器是安装在接收一侧的差
动信号放大器，如图6-7所示。
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图6-7 动力CAN数据总线的差动信号放大器
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差动信号放大器用于处理来自CAN-High线和
CAN-Low线的信号，除此以外还负责将转换后的信
号传至控制单元的CAN接收区。这个转换后的信号称
为差动信号放大器的输出电压，如图6-8所示。
差动信号放大器用CAN-High线上的电压(UCAN-
High)减去CAN-Low线上的电压(UCAN-Low)，就得
出了输出电压，用这种方法可以消除静电平(对于动
力CAN数据总线来说是 V)或其他任何重叠的电压
(例如干扰)。
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图6-8 差动信号放大器内的信号处理
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4．动力CAN数据总线差动信号放大器内的干扰过滤
由于数据总线也要布置在发动机舱内，因此数据总线
就会受到各种干扰。在保养时要考虑对地短路和蓄电池电
压、点火装置的火花放电和静态放电。
CAN-High信号和CAN-Low信号经过差动信号放大器
处理后(就是所谓的差动传递技术)，可最大限度地消除干
扰的影响，如图6-9所示。这种差动传递技术的另一个优点
是：即使车上的供电电压有波动(例如在启动发动机时)，
也不会影响各个控制单元的数据传递(数据传递可靠性)。
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图6-9 差动信号放大器内的干扰过滤
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在该图的上部可清楚地看到这种传递的效果。因为
CAN-High线和CAN-Low线是扭绞在一起的(双绞线)，所
以干扰脉冲Ｘ就总是有规律地作用在两条线上。
由于差动信号放大器总是用CAN-High线上的电压
(－X)减去CAN-Low线上的电压( V－X)，因此在
经过差动处理后，( V－X)－( V－X)=2 V，差动
信号中就不再有干扰脉冲了。
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舒适/信息CAN数据总线
1．舒适/信息CAN数据总线的联网单元
舒适/信息CAN数据总线的速率为100 Kb/s，用于将舒适
CAN总线和信息CAN总线方面的控制单元联成网络。舒
适/信息CAN数据总线的控制单元如下：
(1) 全自动空调/空调控制单元。
(2) 车门控制单元。
(3) 舒适控制单元。
(4) 收音机和导航显示单元控制单元。
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与所有的CAN导线一样，舒适/信息CAN数据总线也
是双线式数据总线，其脉冲频率为100 Kb/s，因而也称为
低速CAN总线。
控制单元通过舒适/信息CAN数据总线的CAN-High线
和CAN-Low线来进行数据交换，如车门开/关、车内灯开/
关、车辆位置(GPS)等等。
由于使用同样的脉冲频率，因此舒适CAN数据总线
和信息CAN总线可以共同使用一对导线，当然前提条件
是相应的车上有这两种数据总线。
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2．舒适/信息CAN数据总线上的信号电压变化
为了增强抗干扰性且降低电流消耗，低速CAN与动力
CAN数据总线相比就需做一些改动。
首先，由于使用了单独的驱动器(功率放大器)，这两个
CAN信号就不再有彼此依赖的关系。与动力CAN数据总线不
同，舒适/信息CAN数据总线的CAN-High线和CAN-Low线不
是通过电阻相连的。也就是说，CAN-High线和CAN-Low线
不再彼此相互影响，而是彼此独立作为电压源来工作。
另外，共同的中压也发生了变化，在隐性状态(静电平)
时，CAN-High信号为0 V，在显性状态时不小于 V；对
于CAN-Low信号来说，隐性电平为5 V，显性电平不大于
V，如图6-10所示。
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图6-10 舒适/信息总线的信号变化
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于是，这两个信号在差频信号放大器内相减后，隐性
电平为－5 V，显性电平为 V，那么隐性电平和显性电
平之间的电压变化(电压提升)就达到 V以上了。
VAS5051上的数字存储式示波器(DSO)图如图6-11所示。
为清楚起见，CAN-High信号和CAN-Low信号彼此分开
了，从图中所示的不同的零点即可看出这一点。
从图中可清楚看出CAN-High信号和CAN-Low信号的静
电平是不同的。还能看出：与动力CAN数据总线相比，电
压提升增大了( V)；显性电平和隐性电平交替转换；在
显性状态时CAN-High信号为 V，CAN-Low信号为 V。
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图6-11 VAS5051上的数字存储式示波器(DSO)图(静态图)
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3．舒适/信息CAN数据总线的CAN收发器
舒适/信息CAN数据总线的收发器如图6-12所示，其工
作原理与动力CAN数据总线收发器基本是一样的，只是输
出的电压电平和出现故障时切换到CAN-High线或CAN-
Low线(单线工作模式)的方法不同。另外CAN-High线和
CAN-Low线之间的短路会被识别出来，并且在出现故障时
会关闭CAN-Low驱动器，在这种情况下，CAN-High和
CAN-Low信号是相同的。
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图6-12 舒适/信息CAN数据总线收发器的结构
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CAN-High线和CAN-Low线上的数据传递由安装在
收发器内的故障逻辑电路来监控，故障逻辑电路检验两
条CAN导线上的信号，如果出现故障(如某条CAN导线
断路)，那么故障逻辑电路会识别出该故障，从而使用完
好的那一条导线(单线工作模式)。
在正常的工作模式下，使用的是CAN-High“减去
”CAN-Low所得的信号(差动数据传递)，这样就可将故障
对舒适/信息CAN数据总线的两条导线的影响降至最低
(与动力CAN数据总线一样)。
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4．单线工作模式下的舒适/信息CAN数据总线
如果因断路、短路或与蓄电池电压相连而导致两条CAN导
线中的一条不工作了(ISO故障1～7)，那么就会切换到单线
工作模式。在单线工作模式下，只使用完好的CAN导线中
的信号，这样就使得舒适/信息CAN数据总线仍可工作。
同时，控制单元记录一个故障信息：系统工作在单线模式。
单线工作模式下DSO上的信号如图6-13所示。
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图6-13 单线工作模式下DSO上的信号变化图(静态图)
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CAN数据总线上的阻抗匹配
控制单元信号在收发器内进行放大。收发器发送一侧的
任务是将控制单元内CAN控制器的较弱信号进行放大，使之
达到CAN导线上的信号电平和控制单元输入端的信号电平。
连接在CAN数据总线上的控制单元的作用就像是CAN导
线上的一个负载电阻(因为装有电子元件)。这个负载电阻取
决于连接的控制单元数量及其电阻值。
例如：发动机控制单元会在动力CAN数据总线的CAN-
High线和CAN-Low线之间形成66 Ω的电阻，所有其他控制
单元均可在数据总线上产生 kΩ的电阻，如图6-14所示。
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图6-14 数据总线的CAN-High线和CAN-Low线上的负载电阻
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根据连接的控制单元数量，所有控制单元形成的
总电阻为53～66 Ω。如果15号接线柱(点火开关)已切断，
就可以用欧姆表测量CAN-High线和CAN-Low线之间的
电阻了。
收发器将CAN信号输送到CAN数据总线的两条导
线上，相应地，CAN-High线上的电压会升高，而CAN-
Low线上的电压会降低一个同样大小的值。对于驱动
CAN数据总线来说，一条导线上的电压改变值不低于
1 V；对于舒适/信息CAN数据总线总线来说，这个值
不低于 V。
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最初的数据总线的两个末端有两个终端电阻，如图6-
15所示。但是，大众汽车公司在1999年以后生产的车型上
采用了被称为“中心总线连接”的方式，即发动机控制单
元内的“中央末端电阻”和其他控制单元内的高欧姆电阻，
如图6-14所示。这样会产生很大的影响，但由于轿车上的
数据总线不是很长，因此不会有什么负面作用。CAN标准
中有关数据总线长度的规定就不适用于大众集团的动力
CAN数据总线了。
舒适/信息CAN数据总线的特点是：控制单元内的负载
电阻不是作用于CAN-High线和CAN-Low线之间，而是体
现在每根导线对地或对5 V之间。如果蓄电池电压被切断，
那么电阻也就没有了，这时用欧姆表无法测出电阻。
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图6-15 最初数据总线的两个末端的终端电阻
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