一 : CAN总线协议原理特点

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CAN总线

?西安交通大学 陶唐飞

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CAN 总 线
CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，可 以归属于工业现场总线的范畴，通常称为CAN bus，即CAN 总线，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。 CAN 最初出现在汽车工业中，80年代由德国Bosch公司 最先提出。最初动机是为了解决现代汽车中庞大的电子控制 装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。 与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出 的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广 泛，世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ(奔驰)、BM W(宝马)、volkswagen (大众)等都采用了CAN总线来实现汽 车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

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一、CAN 总 线
1993年CAN 成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11 519（低速应用）。
CAN的规范从CAN 1.0 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为 扩展格式)，目前应用的CAN器件大多符合CAN2.0规范。 由于CAN总线的特点，得到了Motorola，Intel，Philip， Siemence，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制领域， 其应用范围目前已不仅局限于汽车行业，已经在自动控制、 航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机 械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域中得到了 广泛应用。

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二、CAN的工作原理、特点
1．CAN 的工作原理
CAN总线标准包括物理层、数据链路层，其中链路层定 义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与故 障处理的方式。 当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。
每组报文开头的11位字符为标识符(CAN2.0A)，定义了 报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。 当一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将 要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片，并 处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。

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二、CAN的工作原理、特点
1．CAN 的工作原理
CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出， 这时，网上的其它节点处于接收状态。

每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测，判 断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。
由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易 建立高水准的控制系统并灵活地进行配臵。可以很容易地在 CAN 总线中加进一些新节点而无需在硬件或软件上进行修 改。

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2． CAN总线特点
CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了 CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的 成帧处理，包括位填充

二 : 2012overlap原理总结

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? 简单讲，原理如下：引物1（正向）和引物2（反向）扩增产物为A；引物3

（正向）和引物4（反向）扩增产物为B，现在欲将产物A和B融合为产物C。[www.61k.com）在设计引物时，先按照普通引物设计好，然后在引物2的5’端和引物3的5'端分别加上4-8个碱基（引物2所加的碱基应为产物B的5' 端4-8个碱基序列；引物3所加的碱基应为产物A的3' 端4-8个碱基序列）。第一轮PCR，先分别用引物1、引物2扩增出片段A；引物3、引物4扩增出片段B。分别割胶回收产物A和产物B，这样扩增出来的产物A和B会具有相同的末端。第二轮PCR，用引物1和引物4来扩增，用第一轮的两种扩增产物A和B混合稀释之后为模板，进行扩增。因为产物A和B有相同重叠的末端，在PCR反应时，模板变性、退火、延伸，就会将A和B融合成产物C。

overlap 2012overlap原理总结

overlap能成功，要点是overlap的部分能保证有效的退火（形象地说，能牢固地“粘”在一块）。［www.61k.com]所以overlap的部分要有一定长度（一般有25bp的重叠区应该够长），并且注意这部分的GC含量，以便使这部分（重叠的25bp）有一个合适的Tm值（例如65度），而且使用的PCR循环所用的退火温度应该低于此温度——否则overlap的部分可能“粘”不到一起。

另外一点是要意识到overlap的前后两段核酸单链有可能形成一定的空间结构！尤其是PCR退火温度较低、降温速度较快时更增加这种情况的几率。前后两段越长越容易形成某种空间结构。而这种空间结构可能会对overlap区的退火造成影响。 当然，overlap区本身也有形成某种空间结构的可能（例如发夹结构），但这可以通过软件设计（如引物设计软件）来避免。 如果使用该技术还得不到全长片断，我认为首先要考虑overlap区没有成功退火。遇到这种情况建议使用TouchDown PCR试试。TouchDown PCR方法在分子克隆上有介绍。这种PCR使用一个较高的退火温度，循环几周（如三周）后降一度，然后在此温度上再循环几周，以此类推。通常最高和最低退火温度间可相差十度。Touch Down PCR有利于解决空间结构影响overlap区退火的问题，增加扩增成功的机会。

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GenBank, EMBL, DDBJ 查询软件；用来帮助进行PCR引物设计与基因探针设计的软件；功能很全面的DNA序列分析工具包；DNA分析与绘图软件,可绘制线性或环形DNA图；限制酶消化工具；以Java语言写成的序列比较查看器２.RNA分析：RNA二级结构分析软件；预测RNA二级结构图３.蛋白质分析：蛋白序列分析软件包；研究膜蛋白拓扑学结构和其它特性的JAVA软件４.生化教学：生化基础概念演示教学程序； 生化教学文件 ５.生化工程：生物反应器（发酵罐）设计软件；发酵实时模拟软件；计算机辅助设计特别是生物工艺设计的软件包６.序列格式转换：FASTA与BLAST查询输出文件的处理软件７.引物分析８.序列综合分析９.检索与阅读１０.基因芯片

三 : CAN总线原理介绍

CAN是Controller Area Network的缩写，即“局域网控制器”的意思，可以归属于工业现场总线的范畴，通常称为CAN BUS，即CAN总线，是目前国际上应用最为广泛的开放式现场总线之一。(www.61k.com)

CAN总线最早用在汽车电子领域，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。由于CAN总线在数据通信方面表现出来的高可靠性、实时性和灵活性，其应用领域已经成汽车电子领域扩展到自动控制、航空航天、航海、工业控制、医疗器械、安全防护等领域。
CAN总线规范从CAN1.2规范发展为兼容CAN1.2规范的CAN2.0规范(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的CAN器件大多符合CAN2.0规范。
?CAN总线发展史
1986年，Bosch在SAE(汽车工程人员协会)大会上提出CAN总线概念；
1987年，Intel推出第一片CAN控制芯片82526，随后Philips半导体也推出82C200；
1993年，CAN的国际标准ISO11898/ISO11519公布。ISO11898为高速应用，ISO11519为低速应用；
1994年开始有了国际CAN学术年会ICC。同年，美国汽车工程师协会以CAN为基础制定了SAEJ1939标准，用于卡车和巴士控制和通信网络。
?CAN总线特点
1).可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。
2).网络上的节点可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。
3).采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传送数据。
4).可以点对点，一点对多点及全局广播几种传送方式接收数据。
5).直接通信距离最远可达10km(速率4Kbps以下)。
6).通信速率最高可达1MB/s(此时距离最长40m)。
使用非屏蔽双绞线传输时，传输速率与传输距离的关系如下图所示。

7).节点数最多可达110个。
8).采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。
9).每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据错误率极低。
10).通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光纤，一般采用廉价的双绞线即可。
11).节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。
?CAN总线的仲裁
CAN总线采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with collision Detect，载波监测多路访问/冲突检测)技术。“载波监测”的意思是指在总线上的每个节点在发送信息报文前都必须监测到总线上有一段时间的空闲状态。“多路访问”的意思是一旦此空闲状态被监测到，那么每个节点都有均等的机会来发送报文。“冲突检测”是指在两个节点同时发送信息时，节点本身首先会检测到出现冲突，然后采取相应的措施来解决这一冲突情况。此时优先级高的报文先发送，低优先级的报文发送会暂停。这就是CAN总线的仲裁，仲裁过程是不会对报文产生破坏的。
CAN总线上每个设备都有一个11位的ID信息，各设备的优先级是根据其ID来确定的，ID的序号越小，其优先级越高。下图为CAN总线上传输的数据帧格式，从图上可知，传输开始标识符SOF后面紧跟的就是11位标识ID，CAN总线就是据此进行仲裁工作的。

?CAN总线的拓扑结构
CAN总线的拓扑结构如下，CAN hub是用于多分支扩展用的，可以省去。CAN总线和分支的末端都需要垮接一个120欧姆的电阻来终结，防止信号反射。

?CAN总线的逻辑电平
CAN总线具有两种逻辑状态，隐性和显性。隐性状态下，VCAN_H和VCAN_L都被固定为平均电压电平，两者之间的电压差为0；显性状态下，VCAN_H和VCAN_L的电平分别为3.5V和1.5V，两者差分电压大于2V，如下图所示。

?常用CAN总线芯片
CAN芯片有CAN控制器和CAN收发器，在实际电路中，这两种芯片需要配合起来应用。
常用CAN控制器芯片有：P87C591，XAC37，SJA1000；
常用CAN收发器芯片有：PCA82C250，PCA82C251，PCA82C252，TJA1040，TJA1041，TJA1050，TJA1053，TJA1054。

扩展：can总线工作原理 / 汽车can总线系统原理 / can总线原理

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