如何计算CAN通信波特率

laoxiang21

在CAN总线系统中，波特率的计算是一个关键步骤，它确保网络上的所有设备能够以相同的速率进行通信。

1、理论

波特率的计算涉及到几个关键参数，包括CAN控制器的时钟频率、分频因子、以及位时间的不同部分。

时钟频率（Fclk）

CAN控制器的时钟频率。

这是CAN模块的输入时钟，通常来自于微控制器的主时钟。

分频因子（Prescaler）

用于从主时钟频率中分频得到位时间计数器的时钟频率。

分频因子可以增大位时间，使得CAN总线能够在较低的波特率下工作。

位时间（Bit Time）

位时间由几个部分组成，总共需要满足规定的时间量子（Time Quanta，TQ）数：




同步段（Sync Seg）：

用于同步不同节点上的数据边缘，固定为1 TQ。

传播时间段（Prop Seg）：

用于补偿网络中的物理延迟，长度可以调整。

相位缓冲段1（Phase Seg1）和相位缓冲段2（Phase Seg2）：

用于对抗信号抖动和网络延迟，长度可调。

基于上述参数，CAN波特率的计算公式如下：

波特率 = Fclk / (Prescaler * Bit Time)

其中，Bit Time = Sync Seg + Prop Seg + Phase Seg1 + Phase Seg2。

假设一个CAN控制器有如下参数：

Fclk = 16 MHz

Prescaler = 8

Sync Seg = 1 TQ

Prop Seg = 2 TQ

Phase Seg1 = 3 TQ

Phase Seg2 = 2 TQ

Bit Time = 1 + 2 + 3 + 2 = 8 TQ

则波特率为：

波特率 = 16 MHz / (8 * 8 TQ) = 16,000,000 / 64 = 250,000 bps (或250 kbps)

2、实践

以AT32F413这款MCU为例，CAN波特率计算公式如下所示：



CAN 总线的额定位时间由 3 部分组成：

1、同步段（SYNC_SEG），该段占用 1 时间单元，即公式中的1 x t?。

2、位段 1（BIT SEGMENT 1），包括 CAN 标准里的 PROP_SEG 和 PHASE_SEG1，记为 BSEG1， 该段占用 1 至 16 时间单元，时间单元个数由 BTS1[3：0]位定义，即公式中的t????1 = (1 + BTS1[3：0]) x t?。

3、位段 2（BIT SEGMENT 2），包括 CAN 标准里的 PHASE_SEG2，记为 BSEG2，该段占用 1 至 8 时间单元，时间单元个数由 BTS2[2：0]位定义，即公式中的t????2 = (1 + BTS2[2：0]) x t?。

时间单元的长度由 CAN 位时序寄存器（CAN_BTMG） 的 BRDIV[11：0]位及 PCLK 定义，即公式中的t?。



按照公式继续推导如下：



其中， BRDIV[11：0]、 BTS1[3：0]和 BTS2[2：0]为 CAN 位时序寄存器 （CAN_BTMG）中参数，在 AT32F413的 BSP 程序中对应结构体对照表如下：



举个例子，设定f??????=192MHz， f???1??? = f????=24MHz 时， 1M 波特率的软件设置如下：



3、注意事项

确保总的Bit Time在CAN控制器的可配置范围内。

不同的CAN控制器可能有不同的最大和最小TQ限制。

适当设置波特率可以减少误差，提高网络的稳定性和可靠性。

高波特率适用于短距离通信，而长距离通信则需要降低波特率以减少误差。