Design Practice 16: Wichtige Überlegungen zum Design von CAN-Bus-Anwendungen

2025-06-23BLOG 2920

Die Controller Area Network (CAN) ist eine von Bosch entwickelte Feldbustechnologie, die im Wesentlichen ein serieller asynchroner Kommunikationsbus ist. Sie wird häufig in elektronischen Steuerungssystemen für Kraftfahrzeuge und in industriellen Steuerungsszenarien eingesetzt.

Übersicht über den CAN-Bus

Der CAN-Bus ähnelt dem RS485-Bus insofern, als beide differentielle Signalleitungen für die Übertragung verwenden. Die beiden Signalleitungen in CAN sind CAN_H und CAN_L, die gleiche Signalamplituden, aber entgegengesetzte Phasen haben. Die Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Leitungen stellt die Logikpegel dar:

Eine positive Spannungsdifferenz zeigt eine logische 0.
Eine Spannungsdifferenz von Null (oder negativ) zeigt an, dass die Logik 1.

Im Vergleich zu RS485 ist das CAN-Protokoll komplexer. Während bei RS485 typischerweise das UART-Modul in einer MCU verwendet wird, erfordert CAN ein eigenes CAN-Steuerung. Wenn die MCU nicht über einen eingebauten CAN-Controller verfügt, wird ein externer CAN-Controller-Chip benötigt.

Typische CAN-Bus-Implementierung

Ein CAN-Bus-System besteht in der Regel aus:

MCU (Mikrocontroller-Einheit)
CAN-Steuerung
CAN-Transceiver

Nachfolgend ist eine typische Transceiver-Schnittstellenschaltung für ein CAN-Bussystem dargestellt:

(Hinweis: Das im Originaltext erwähnte Diagramm ist hier nicht enthalten).

CAN-Bus-Normen

Der CAN-Bus hat sich zu zwei internationalen Standards entwickelt: ISO11519 und ISO11898. Die wichtigsten Unterschiede sind die folgenden:

ISO11898 (Geschlossener Hochgeschwindigkeits-Kurzstrecken-Leitungsverbund):
- Maximale Buslänge: 40 Meter
- Maximale Kommunikationsgeschwindigkeit: 1 Mbit/s
- Erfordert eine 120-Ohm-Abschlusswiderstand an jedem Ende des Busses.

ISO11519-2 (Offenes Langstreckennetz für niedrige Geschwindigkeiten):
- Maximale Übertragungsdistanz: 1 km
- Maximale Kommunikationsgeschwindigkeit: 125 kbps
- Jede Buslinie erfordert eine 2,2 kΩ Vorwiderstand. Die beiden Linien sind unabhängig und bilden keine geschlossene Schleife.

Praktische Überlegungen zur Gestaltung

Beim Entwurf eines CAN-Bussystems hängt die Verdrahtungsmethode von den Eigenschaften des CAN-Controllers der MCU ab. Zum Beispiel kann der STM32F103 Mikrocontroller verfügt über die folgenden CAN-Controller-Funktionen:

Unterstützt CAN2.0A und CAN2.0B Protokolle.
Kommunikationsgeschwindigkeit bis zu 1 Mbit/s.
Klassifiziert als Hochgeschwindigkeitsbus.

Beim Entwurf der Peripherie-Transceiver-Schaltung für den STM32F103 sollte die Konfiguration des Abschlusswiderstandes daher nach der ISO11898-Norm (d. h. 120-Ohm-Widerstände an beiden Enden des Busses).

Schlussfolgerung

Der CAN-Bus ist ein robustes und zuverlässiges Kommunikationsprotokoll, das in Automobil- und Industrieanwendungen weit verbreitet ist. Sein Design erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung des spezifischen Standards (ISO11898 oder ISO11519) und der Eigenschaften der MCU- und Transceiver-Komponenten. In der nächsten Folge werden wir uns auf die Analyse der Details des CAN-Protokolls selbst konzentrieren.

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