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CAN总线数据波形与解析

在实际开发中，CAN总线作为一种常用的多主体通信总线，在工业控制、汽车电子等领域得到了广泛应用。本文将详细介绍基于STM32F103系列微控制器的CAN通信实现，特别关注CAN数据波形的捕获与解析过程。

1. CAN通信系统构成

CAN通信系统由两部分组成：CAN控制器（CANコントローラ）和CAN收发器（CANレシーバ）。CANコントローラ负责生成CAN信号，CANレシーバ则接收并解析这些信号，以便于多主体之间的通信。在本文中，CANレシーバ采用TJA1051芯片，与STM32F103系列微控制器通过CAN_TX和CAN_RX引脚进行通信。

2. CAN总线信号的物理性质

CAN总线传输的物理信号包括CAN_H（CAN_high）和CAN_L（CAN_low）。这两条信号线通过电位差异来传达数据。具体来说，CAN_H为高电平时表示逻辑0，低电平则表示逻辑1。Meanwhile, CAN_L的高电平表示逻辑1，低电平则表示逻辑0。因此，CAN_L信号与CAN_H信号是相反的，形成差分信号。

3.波形捕获与解析

在进行CAN通信之前，首先需要通过示波器或类似仪器捕获CAN总线的信号波形。对于发送方的CAN_TX信号，示波器的探头通常接通CAN_H线，连接的另一端接地，以便捕获CAN_H的电位变化。同样，接收方的CAN_RX信号则直接由CAN控制器输出，可以通过探头接通并连接到参考电平进行测量。

3.1扩展帧的波形特点

在本文中，捕获的CAN波形为扩展帧格式。在扩展帧中，数据帧的长度达到11位，而标准帧的数据帧长度为符号位（SOF）、同步位（SYNC）、IDE以及RTR参数占用5位。这样可以在传输数据更长的数据时提供更好的兼容性。

3.2波形解析示例

根据测量结果，CAN_H信号的传输波形可以分为以下几个部分：

• 符号位（SOF）： 一个高于参考电平的脉冲。该脉冲宽度为8微秒，可以用来标识开始一个新的数据帧。
• **同步位（SYNC）：**CAN控制器释放的同步位用于初始化CAN收发器，通常为常闲电平。
• IDE： 射出器器 GRID码，用于标识数据的来源，例如多个发送器之间的区分。
• RTR： 过程中有两个位，用于接收器判断是否需要重新传输数据。
• DLC： 数据长度码，代表当前数据块的长度。例如，值为2表示接下来的数据区域有2字节。
• 数据位（D1和D2）： 按照DLC指定的长度，传输数据字节。
• CRC： 生成加密传输要求（CRC）校验位，用于确保数据正确传输。
• CRC界定符、ACK槽和ACK界定符： 用于CAN总线通信协议中的特定控制信号。

3.3实际数据分析

根据波形图，可以看出现有一个29位的ID码。ID码分为7个4位一组，可以分解为18 DA F1 10。具体来说：

18  DA  F1  10
从右到左逐位解析：
1  1000  1101  1010  1111  0001  0001  0000

这相当于一个0x18DAF110的ID码。

此外，DLC值为0010，表明接下来的数据区域有两个16位字节（即2个数据字节）。随后的数据区域包含两个数据段：

• D1：0000[1]0110 -> 0x06
• D2：0000[1]1000 -> 0x08

这些数据与程序发送的数据一致，表明CAN通信链路的通信质量良好。

3.4波特率验证

从SOF波形的宽度可以计算出波特率。已测得SOF宽度为8微秒，波特率为125K bps，这与程序设置的波特率一致，表明通信链路稳定且传输效率高。

4.总结与改进建议

通过本次实验，我们验证了CAN总线的基本通信机制，特别是扩展帧格式的数据传输。同时也是采用TJA1051 CAN收发器进行数据解析，确保了数据链路的准确性。

在实际应用中，可以考虑以下改进建议：

• 优化信号干扰控制： 确保CAN_H和CAN_L信号线之间的耦合和其他电源干扰最小。
• 增加电阻分压： 为CAN_B أد�接电阻选择适当值，以平衡电阻分压，避免一次性拉低或拉高。
• 升级控制Sec： 采用更高性能的CAN控制器，提升通信速率和总线容量。

总之，CAN总线通信是一种高效且可靠的通信方式，其应用前景广泛。在实际开发中，通过合理设计电路、优化硬件参数和精准配置软件，可以有效提升CAN总线的性能和可靠性。