如何读懂CAN总线原理并了解CAN信号？

在汽车和工业领域中，CAN总线作为一种高效的设备间通信协议，通过简化接线、分配指令ID、采用仲裁机制以及差分信号传输，实现了高度可靠且具有明确优先级的通信。本文将详细解析CAN总线的原理及其信号风采。

CAN总线的提出，主要是为了解决车载控制系统中设备间通信的复杂问题。例如，当车辆高速行驶时，副驾驶调节空调温度和驾驶员紧急制动可能会同时发生。此时，汽车需要迅速判断命令的优先级，并触发相应的联动机制。刹车信号的优先级更高，因此刹车信号必须优先传输。传统的布线方式通过部件间直接连接，存在线路杂乱、成本高昂、故障概率增加、实时性受影响、扩展性差以及协调性不佳等问题。为解决这些问题，德国博世公司提出了著名的CAN总线协议。

CAN总线的简化接线图仅包含CAN主干和ECU节点，大大减少了布线数量，提高了系统的整理方便性和扩展性。为了实现部件间的有效通信，需要为指令分配ID。例如，刹车指令的ID可以设定为000，ECU处理后的数据结构可以是“000，刹车力度70%”。配置为接收ID为000的ECU会解析并执行相应操作。为了规范信号格式，使用CAN控制器将信号加工为标准帧，包含ID信息、数据、CRC校验、应答和结尾等字段，便于接收和解析。

当多个指令同时发送时，CAN总线采用仲裁机制确定优先级。ID数值越小，优先级越高。传输至总线的高电平代表逻辑0，低电平代表逻辑1。只要有一个节点发出逻辑0信号，整条总线即被同步为逻辑0，因此高优先级信号在仲裁中胜出。为了确保信号的抗干扰能力，CAN总线采用双绞线传输差分信号，并在主干两端安装120Ω终端电阻，构成完整的CAN网络。

测试工具方面，可以选择SDB3测试板作为CAN信号的发射器，同时采用鼎阳科技SDS800XHD系列示波器作为信号观测工具。观测步骤包括将信号接入数字示波器，并将触发类型设置为总线模式。在参数调整环节，可选择开始条件、远程帧、ID、ID加数据或错误帧作为触发条件。启用解码功能后，该功能可以将触发捕获的信号进行解码，并以特定格式显示。

信号解析主要包括Time（时间）、Type（帧类型，如标准数据帧、远程帧或扩展帧）、ID（报文地址）、Length（数据长度）、Data（数据内容）、CRC（校验数据）、ACK（响应位）等。

CAN信号自发明至今已逾40年，虽然被称为“上古”技术，但仍具有重要的价值。截至2025年，传统CAN总线仍在大量汽车车身控制系统中应用，在工业自动化领域更是不可替代。展望未来，尽管CANFD和车载以太网在拓展应用，但CAN的核心设计理念仍在延续。