Can总线学习笔记
通信总线学习笔记：TTL、RS-232、RS-485、CAN 总线详解
1. 通信接口的本质
电子设备之间要交换数据，需要一种“通信方式”。
通信主要解决三个问题：
-
信号怎么表示？
- 电压高低代表什么？
- 0 和 1 怎么表示？
-
数据怎么组织？
- 谁发送？
- 谁接收？
- 数据长度是多少？
-
多个设备同时通信怎么办？
- 冲突如何解决？
- 谁优先发送？
不同通信标准解决问题的层次不同。
2. TTL UART
2.1 什么是 TTL？
TTL 是最基础的数字电平通信。
例如 STM32：
- 高电平：3.3V
- 低电平：0V
通常：
1 → 3.3V
0 → 0V
它是单端通信。
2.2 什么叫单端通信？
单端通信：
信号线相对于 GND（地）判断电压。
例如：
信号线 ---- STM32
|
|
GND
接收端测量：
信号线电压 - 地电压
来判断 0 和 1。
优点：
- 简单
- 成本低
缺点：
- 抗干扰能力弱
- 传输距离短
典型：
TTL UART：
- 距离：几米以内
- 速度：几 Mbps（短距离）
应用：
- STM32连接传感器
- 蓝牙模块
- GPS模块
3. RS-232
3.1 RS-232是什么？
RS-232 是一种串口通信标准。
它也是：
- 单端通信
- 需要参考地
典型连接：
设备A 设备B
TX ------------ RX
GND ----------- GND
3.2 RS-232为什么有正负电压？
RS-232不是0V和5V。
它使用：
- 正电压
- 负电压
例如：
+12V
-12V
并且逻辑和TTL相反：
通常：
逻辑1 → 负电压
逻辑0 → 正电压
所以叫：
负逻辑电平
3.3 为什么STM32不能直接接RS-232？
因为STM32 UART：
0V ~ 3.3V
而RS-232：
±12V
电压不匹配。
需要转换芯片：
例如：
STM32 UART
↓
MAX232
↓
RS-232接口
3.4 RS-232特点
优点：
- 简单
- 历史悠久
缺点：
- 单端通信
- 抗干扰差
参数：
距离：
约15米
速度：
几十kbps到115.2kbps常见
应用：
- 老式电脑串口
- 工业仪器
4. RS-485
4.1 RS-485是什么？
RS-485 是差分通信。
它使用两根线：
A
B
也叫：
D+
D-
4.2 什么叫差分通信？
差分通信不是看某根线是多少伏。
而是看：
A - B
的电压差。
例如：
状态1：
A = 2.6V
B = 2.4V
差值 = +0.2V
状态2：
A = 2.4V
B = 2.6V
差值 = -0.2V
接收器只关心：
两根线谁高，谁低
4.3 为什么差分抗干扰强？
假设外界噪声：
A受到 +1V干扰
B受到 +1V干扰
那么：
原本：
A-B = 2V
干扰后：
(A+1)-(B+1)
= A-B
噪声抵消。
所以：
差分通信适合：
- 长距离
- 工业环境
4.4 RS-485需要几根线？
理论：
两根：
A
B
即可通信。
工程：
通常加：
GND
形成：
A
B
GND
4.5 RS-485特点
距离：
约1200米（低速）
速度：
最高可到数Mbps（短距离）
常见：
- 9600bps
- 115200bps
- 1Mbps
应用：
- PLC
- 变频器
- 工业传感器
5. Modbus 和 RS-485 的关系
这是容易混淆的地方。
RS-485：
解决：
电怎么传？
属于物理层。
Modbus：
解决：
数据是什么意思？
属于通信协议。
类似：
RS-485 = 电话线路
Modbus = 说话规则
例如：
RS-485发送：
01 03 00 10 00 02
Modbus规定：
01代表设备地址
03代表读取命令
00 10代表寄存器地址
所以：
RS-485 + Modbus
≈ 工业设备通信方案。
6. CAN总线
6.1 CAN是什么？
CAN：
Controller Area Network
控制器局域网。
特点：
- 差分通信
- 多节点
- 自动仲裁
- 高可靠性
应用：
- 汽车
- 机器人
- RoboMaster电机
7. CAN物理线路
CAN通信主要两根线：
CAN_H
CAN_L
通常：
再加：
GND
所以实际：
CAN_H
CAN_L
GND
8. CAN电压
高速CAN：
空闲：
CAN_H ≈ 2.5V
CAN_L ≈ 2.5V
差值：
≈0V
发送显性位：
CAN_H ≈3.5V
CAN_L ≈1.5V
差值：
≈2V
9. CAN的显性和隐性
CAN最巧妙的地方：
它定义：
隐性位
逻辑：
1
特点：
两根线电压接近。
显性位
逻辑：
0
特点：
产生明显差分电压。
关键：
显性0可以覆盖隐性1
10. CAN为什么能解决冲突？
假设两个设备同时发送：
设备A：
发送1
设备B：
发送0
总线：
因为0是显性：
结果：
总线=0
设备A发现：
我发1
但是检测到0
说明：
有更高优先级设备发送
于是：
A停止发送。
设备B继续发送。
这叫：
CAN仲裁机制
11. CAN的ID是什么？
CAN ID不是简单地址。
更准确：
报文标识符
它有两个作用：
1. 表示消息类型
例如：
0x201
表示1号电机反馈
2. 决定优先级
ID越小：
优先级越高。
例如：
0x100
优先级高
0x300
优先级低
12. 电机如何知道是不是自己的数据？
靠协议规定。
例如四个电机：
电机1:
ID=0x201
电机2:
ID=0x202
电机3:
ID=0x203
电机4:
ID=0x204
STM32收到：
0x203
知道：
这是3号电机。
13. CAN节点结构
一个CAN设备内部：
CPU
|
|
CAN控制器
|
CAN收发器
|
CAN_H CAN_L
CAN控制器负责：
- 报文封装
- CRC计算
- 仲裁
- 错误检测
CAN收发器负责：
数字信号
↓
差分电压
例如：
常见芯片：
TJA1050
14. RoboMaster C型STM32F4开发板
这块板：
内部STM32有：
CAN控制器
外部：
CAN收发器
所以提供：
CAN1接口
CAN2接口
15. 为什么有CAN1和CAN2？
不是因为CAN必须两根。
而是：
两个独立CAN网络。
例如：
CAN1：
底盘电机
CAN2：
云台设备
两条网络互不影响。
16. USB转CAN是什么？
USB转CAN设备：
本质：
电脑和CAN网络之间的桥梁。
结构：
电脑USB
↓
USB控制器
↓
CAN控制器
↓
CAN收发器
↓
CAN_H/CAN_L
用途：
- 调试电机
- 查看报文
- 测试CAN协议
17. CAN、485、232、TTL对比
| 类型 | 信号方式 | 线数 | 距离 | 速度 | 特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| TTL | 单端 | TX/RX/GND | 几米 | Mbps级 | 板内通信 |
| RS232 | 单端 | TX/RX/GND | 15m左右 | 115kbps常见 | 老串口 |
| RS485 | 差分 | A/B/GND | 1200m | Mbps级 | 工业通信 |
| CAN | 差分 | H/L/GND | 百米级 | 1Mbps | 多节点实时控制 |
18. 最核心的理解
如果一句话总结：
TTL
我告诉你电压是多少。
RS232
我用正负电压告诉你数据。
RS485
我用两根线的电压差告诉你数据。
CAN
我不仅告诉你数据，还帮你管理很多设备同时通信。
19. 学习CAN需要掌握的知识路线
建议顺序：
- UART基础
- TTL电平
- RS232/RS485区别
- 差分信号
- CAN物理层
- CAN帧结构
- CAN ID和仲裁
- STM32 CAN外设
- 电机CAN协议
对于RoboMaster开发：
重点：
- CAN_H/CAN_L接线
- 波特率
- ID规划
- 发送报文
- 接收反馈
- 电机协议
总结：
CAN最大的特点不是“两根线”，因为485也是两根线。
CAN真正厉害的是：
它把多设备通信中的冲突处理、优先级管理、错误检测，都做到硬件里面去了。
所以汽车、电机、机器人特别喜欢用CAN。
浙公网安备 33010602011771号