CAN总线特点介绍

CAN总线作为一种工业界的流行总线广泛应于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等各个行业中，它是是一种多主机局域网，所以这样一种总线的潜力是很巨大的，接下来将写几篇入门的小文章，来介绍一下CAN的学习和开发方法，主要是配合我们的开发板，其实入门还是很容易的，通过这几篇文章如果你能建立起一个初步的概念，能够自己搭起自己的一个节点（包括硬件和软件），那就说明你学会了CAN的基本开发技术，实际的工业现场CAN的开发不是那么简单，包括很多要考虑的因素如隔离、可靠性等，但是我们作为初学者建立起基本的概念还是很重要的，基础一旦打好，等到了实际工作中，就会如鱼得水，所以希望正要或是想开发CAN的朋友们能够喜欢这一系列小文章，如果某一篇甚至是某一句话能够给你带来启迪，那将是我最最高兴的，希望大家踊跃评论或是参与讨论，给我一下写下去的信心，呵呵，可以加入我们的群。EDA中国门户网站_v_?(|+?0k_q_r_w

下面正题正式开始喽！第一篇，当然要介绍一下什么是“能”总线（CAN总线）呵呵 EDA中国门户网站)A1i_w3b_c_D p(G&]

CAN总线的特点_h_R_k6F$`&G_j L_~0 

CAN(Controller Area Network)总线，也称控制器局部网，属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布控制或实时控制的串行通信网络。由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点如下："U3Z9D

D/J$a?_h6z8W;Q_q0 

CAN为多主工作方式，网络上任何一个节点均可在任意时刻主动地向 网络上其它节点发送信息，而不分主从。EDA中国门户网站c_~_a_J1] o6]

在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134us内得到传输。EDA中国门户网站%]'@_[1Z7d"`1]_r3a

CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级低的节点会主动地退出发送，而优先级高的节点可以不受影响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突的仲裁时间。尤其是网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪情况(以太网则可能)。EDA中国门户网站1L"A&K q_^

CAN节点只需通过报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。EDA中国门户网站_C_^5Z ?T2~&nq1P

CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。

W_N$J[_[&N_y1R0 CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。在标准帧的报文标识符有11位，而在扩展帧的报文标识符(29位)个数几乎不受。EDA中国门户网站_?9M__,_9M

报文采用短帧格式，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。_o$Y4g_`7]-h_j0 

CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。EDA中国门户网站"k:I%G_A#B_o

CAN的通讯介质可以为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。_r4M_`2C_h"E,x%s0I,J0 

CAN节点在错误帧的情况下具有自动关闭输出功能，而总线上其它节点的操作不受影响。EDA中国门户网站6j.P.p:|)g,D_o-u_o

CAN总线具有较高的性能价格比。它结构简单，器件容易购置，每个节点的价格较低，而且开发技术容易掌握，能充分利用现有的单片机开发工具。H | D B(j_D)z0 

CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上的。不过，由于CAN的数据结构简单，又是范围较小的局域网，其模型结构只取OSI底层的物理层、数据链路层和应用层3层，不需要其他中间层，应用层数据直接取自数据链路层或直接向数据链路层写数据。结构层次少，利于系统中实时控制信号的传送。EDA中国门户网站_b_M,J.]$l_E"|7s

CAN总线的位数值表示!h'z5r_r T)e0 

CAN总线上采用“显性”(Dominant)和“隐性”(Recessive)两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。当总线上出现同时发送显性和隐性位时，其结果是总线数值为显性(即“0”与“1”的结果为“0”)。如下图所示，VCAN-H和VCAN-L为CAN总线收发器和总线间的两接口引脚，信号是以两线间的“差分”电压形式出现。在隐性状态，VCAN-H和VCAN-L被固定在平均值附近，Vdiff近似于0。在总线空闲或隐性期间，发送隐性位。显性位以大于最小阀值的差分电压表示。EDA中国门户网站_Y'o ^_v_a

CAN总线与RS485的比较

上一节介绍了一下CAN总线的基本知识，那么有人会问，现在的总线格式很多，CAN相对于其他的总线有什么特点啊？这个问题问的好，所以我想与其它总线做一下比较，首先呢，就比较一下大家耳熟能详的485总线，其实485总线只是一种电平标准，并不是什么新的协议，与232差不多，当然这么说不是很恰当，但是有助于大家理解。  

      下面开始比较了：EDA中国门户网站_v7O_z1g_O [5~_x7i

 ;A_a-?-u8{'W2`o0CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言， 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：EDA中国门户网站

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1） CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。EDA中国门户网站*p_l_i_g J1~ ~ S

2） CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。_H;X;N*FE_]:E_[.e0 

'w_\\+g7x_T8K_`0v03） CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。EDA中国门户网站6o4d:|_Y_p1z:v

EDA中国门户网站_e!M4[*e%K n1L7r 特性             RS-485                      CAN-bus

单点成本        低廉                           稍高

系统成本          高                              较低

总线利用率       低                             高

网络特性         单主网络                      多主网络

数据传输率       低                               高

容错机制          无                    可靠的错误处理和检错机制

通讯失败率       高                            极低

节点错误的影响    导致整个网络的瘫痪        无任何影响

通讯距离        <1.5km                    可达10km（5kbps）

网络调试          困难                       非常容易

开发难度     标准Modbus协议           标准CAN-bus协议

后期维护成本    高                             低

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_v#V_@_eq_I0我们总线学习板上CAN总线和RS485总线都有，您可以在学习中逐渐体会到这些区别，也会体会到CAN总线的优越性。

CAN控制器选择

在进行CAN总线开发前，首先要选择好CAN总线控制器。下面就比较一些控制器的特点。_U;@%e1o r_g5a,{%O0 

一些主要的CAN总线器件产品

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因为SJA1000比较简单，资料丰富，对于初学者非常适用，所以我们采用SJA1000作为我们总线开发板的CAN控制器，让大家更容易入门。[_]*]'n)Xb!J0 

 EDA中国门户网站_J i.g_g]_L rSJA1000是一种的CAN控制器，主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它是Philips公司PCA82C200控制器的替代产品，除了PCA82C200的BasicCAN操作模式以外，还增加了一种新的操作模式——PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。

_F e*S:}.Z%u_i0 SJA1000的基本特征如下：EDA中国门户网站/Z6R.L'`_w p"Q'y$O

1) 引脚电气参数与PCA82C200兼容；EDA中国门户网站_~4_8x1^_Qd_U

2) 具有PCA82C200模式(即默认的BasicCAN模式)，支持CAN2.0A和CAN2.0B；

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3) 有扩展的接收缓冲器字节，先进先出(FIFO)；

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4) 支持11位和29位标识码，通信速率可达1Mbps;

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5) 其PeliCAN模式的扩展功能包括：可读写的错误计数器，可编程的错误报警限额寄存器，最近一次错误代码寄存器，对每一个总线错误的中断，有具体位表示的仲裁丢失中断，单次发送(无重发)，支持热拔插，可扩展的验收滤波器，可接收自身报文(自请求接收)。

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CAN总线硬件设计

在选定了CAN控制器SJA1000和CAN驱动器82C250后，我们肯定很想知道它的硬件电路怎么设计。其实这个比较简单，一般我们会遵循下面的步骤：EDA中国门户网站2O_}_o_?*d_Y_b'S'N

（1）  在网络上搜索相关的资料，学习一下别人的设计，分析一下各自的优缺点。EDA中国门户网站T%L_e*Y \\ I_p

（2） 仔细研读SJA1000和82C250的芯片资料，最终确定自己的硬件设计。EDA中国门户网站7e_F__f3H_k_o0]

（3） 使用EDA软件实施自己的设计，制作PCB电路板，这个过程中需要细心，耐心。EDA中国门户网站6B,a(H_z{_I-?

（4）  焊接元器件。焊接过程中中时常检测焊接是否牢固，是否短路。"i%^9M_b_N I_K)n a0 

（5） 接下来就是和软件配合调试了。硬件设计部分就到此为止了。在CAN总线硬件设计过程中需要注意的地方有以下几点：_Y @,N5U;{_U#A#G_H_E0 

 _z5H1t6z n_p_r z K*Q_E0EDA中国门户网站e9@_x_a#x&Y8q_k（1） 电源的设计。这个应该是所有硬件设计的关键，所以在此也必须提醒一下！EDA中国门户网站#i_F%a$D1f

（2）  复位电路的设计。其设计方法分为三类：上电复位；手动按键复位；软件复位；

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这三种复位都是可以的，但我认为如果您是初学者，选择硬件复位中的手动按键复位比较好，容易调试的过程中控制。软件复位比较灵活，您可以在程序中控制其复位。

1s_e ~_g,Y8i_m0 

（3）       时钟电路的设计。这部分是非常重要的，不过一般都有成熟的电路，所以不用担心这个。SJA1000有一个可编程的时钟输出，可以连接到CPU的时钟输入管脚，提供时钟信号。但是对于初学者而且对面积要求又不是很苛刻的，建议您给CPU一个单独的晶振电路提供时钟信号。EDA中国门户网站 sV*]_S(G_g\\3pj

（4）       CANH和CANL管脚上最好增加电容滤波，提高抗干扰，电阻限流电路，提高电路保护。EDA中国门户网站/L_R"y*T_E)]6R

（5）       匹配电阻电路设计。EDA中国门户网站 W_y-P_?_J_V_g_Y u_u_\\_c

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我相信大家如果考虑到了这5个方面的问题，而且搞清楚了，您设计的电路应该没有问题。下一部的工作就是准备相关的只是，进行软件设计了。

CAN协议简单介绍EDA中国门户网站;H;o:w_Pw_V_@_^

硬件设计好了，在进行软件编程之前我们最好对CAN总线的协议有个了解。EDA中国门户网站_]#P P_Y_b8v

一 报文传送由以下四种帧类型

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1     数据帧： 数据帧携带数据从发送器至接收器。

2M3O-?t_I9P7w/F0 

2     远程帧： 总线单元发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。

2I_q:w_Q*r _ E)c0 

3     错误帧： 任何单元检测到一总线错误时就发送错误帧。

_Q$F_K_i;s4g_w_X$s V0 

4     超载帧： 用来在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。

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二 帧格式介绍

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1  数据帧EDA中国门户网站%B w_uB*u,Z y;P

数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。

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I'K_A'E0 

2  远程帧

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远程帧由6个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧结束。EDA中国门户网站___j;c6x!~$~_u

3  错误帧EDA中国门户网站7K5z

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错误帧由两个不同的场组成。第一个场是错误标志，用做为不同站提供错误标志的叠加；第二个场是错误界定符。EDA中国门户网站)v_?)o&p_Q w,K_g/z

4  超载帧

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超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符。

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       三 帧格式中重点部分介绍

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1  帧起始

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  帧起始标志数据帧和远程帧的起始，由一个单独的“显性”位组成。由控制芯片完成。

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2  仲裁场EDA中国门户网站_W7H%P_P_K_J#Q

  仲裁场包括标识符和远程发送请求位（RTR）。

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  对于CAN2.0A标准，标识符的长度为11位。RTR位在数据帧中必须是显性位，而在远程帧必须为隐性位。EDA中国门户网站

O F_}_x a&?_|

  对于CAN2.0，标准格式和扩展格式的仲裁场不同。在标准格式中，仲裁场由11位标识符和远程发送请求位组成。在扩展格式中，仲裁场由29位标识符和替代远程请求位（SRR） 、标志位（IDE）和远程发送请求位组成。EDA中国门户网站#k_w ^_@)?$L

  仲裁场的作用之一是说明数据帧或远程帧发送目的地；之二是指出数据帧或远程帧。仲裁场的数据由软件编程配置SJA1000完成。

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3  控制场EDA中国门户网站4R#C)a_o_t q)u_b

  控制场由6个位组成，说明数据帧中有效数据的长度。控制场的数据由软件编程配置SJA1000完成。EDA中国门户网站_f_m_q_}_G_A

4  数据场EDA中国门户网站_L_X_h_U O(L1BV_s

  数据场由数据帧中的发送数据组成。它可以为0~8个字节。数据场的数据由软件编程配置SJA1000完成。EDA中国门户网站!w2X/b_[!~_\

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5   CRC场

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  CRC场包括CRC序列，这部分由SJA1000控制芯片完成。EDA中国门户网站_C

w.R/Q;Q

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6   应答场EDA中国门户网站_y7[&\\ J__ Q_b!J

  应答场长度为两个位，包括应答间隙和应答界定符。由SJA1000控制芯片自动完成。

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7   帧结束

_q_P P_g_r_d XW u_W_K-r0 

  每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定，这个标志序列由7个“隐性”位组成。这部分由SJA1000控制芯片自动完成。

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总之，仲裁场、控制场、数据场由软件编程配置SJA1000完成；帧起始、CRC场、应答场、帧结束由CAN总线控制芯片SJA1000自动完成。

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        其中要重点理解的就是数据帧和远程帧以及组成帧的重要部分。所以初学者首先把这两种帧格式掌握了，学习CAN总线应该就可以入门了。

A_w/g:~_o_G_u0 

$N_}_v!N5N_H_K*x_b0 EDA中国门户网站0l3x7F_u)x/t)|_z#v CAN总线学习板——五一优惠活动！

一 第三版闪亮推出！EDA中国门户网站 A_x/k_H_K_C8}(P9I$^6}

         首先多谢各位购买我们PIAE开发板的朋友们的信任，正因为有你们的信任和支持，才使我们的前2版的CAN总线开发板全部售出，也给了我们继续做下去的动力！EDA中国门户网站_p_]_t3W_f`

_N_h nY%eIZ0W(O:i"[n6m'i_v_s_g0为了让更多对CAN总线有兴趣的朋友，有通过实践学习CAN总线的机会，经过这段时间和需求者的沟通，我们最终确定了第三版的功能和硬件设计方案。第三版是在第二版的基础上进行了简化，使学习CAN总线的目的更加明确，成本降低。我们设计的第三版比第二版更加精巧，漂亮,争取让板子与一张IC卡大小类似，可以方便的嵌入其他系统。第三版比前两版优惠100多元。请大家一定要抓住机会啊！EDA中国门户网站/]_m_r(N_W_r_E_~_m

二 第三版图片EDA中国门户网站"x/}!B_}-H2z4q1H

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与一张IC卡的大小差不多，十分精巧，别致！EDA中国门户网站_e_|_j:@_q Q

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-n/k,xYt0 EDA中国门户网站2J)]_c.X$K6|?}_r 

再来张特写，pp吗？EDA中国门户网站_S$}C2W_r_O*{_|

EDA中国门户网站_M7^/t_HJ_x5N_K 第三版的主要功能介绍

!j_V `_x_t_T"V01 硬件功能主要包括

+S$S-Zj&x6n_w9W&Q*q0（1）CAN总线通讯模块：采用SJA1000+82C250构成CAN控制器和驱动器，有指示灯显示通讯状态，支持自收发功能，也支持多点通讯组网。

_Q_M(|_oZW R_G5~_N0（2）RS232串口通讯模块：采用Max232完成信号转变。可以与PC机通讯；实现在线程序编程；与CAN通信模块组合应用即可实现232与CAN总线转换，而且是双向的

,V!S&R"a7k_u_v!o_j0（3）无线接口：可以连接RF2401无线通讯模块，学习无线通讯。如果不需要，也可以作为扩展口。EDA中国门户网站-z4J ^0\\2X_A_^$} q6^

（4）数码管显示模块：有四个数码管组成，可以简单显示收发数据。EDA中国门户网站_\\____/[_g/d_B_`6R2a_O

（5）自由按键：有INT0自由按键，您可以采用按键实现主动发送功能，实现人机交互EDA中国门户网站_m.P

Z_I2{_D

（6）2个自由指示灯：可以在您调试时指示一些状态，主要起协助调试功能。

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_C*|_{ r_M3Q*t;`_[2U7B02 软件功能EDA中国门户网站)a2N_A-J4`_R_q'R

基础实验：让大家先熟悉板子的资源EDA中国门户网站_E*R+V9z_B_Si_w_@ Q_w

（1）数码管显示程序EDA中国门户网站!W3A,d*M_m

（2）按键计数程序EDA中国门户网站_?_w)f9Z_f_o_G

（3）RS232通讯

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H_w_V_k0CAN总线通信实验：让大家在实战中掌握can总线

_O s_T_a_TL_G/s_r__0（1）CAN总线自收发。

_f ]A5N_w0（2）CAN总线一对一点对点通讯。EDA中国门户网站_`:]_A

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（3）CAN总线多点组网。EDA中国门户网站_T2j_p&|_T/H"w v

（4）232<—>CAN总线

_\\+G_M_E-`0无线通信试验：知识进阶，掌握无线通信EDA中国门户网站y&w"m \\_h_L_[

（1）无线一对一收发EDA中国门户网站!U#W_?8b4T_x_m[_|_U

（2）232<—>无线

_u(H,w_L8p0 

*AH;c_p_D-i8Y_O O:HU7u0四 我们的优势

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w(D0 

F*{_p_E_vJ_K_T0 1.有前2版can总线开发板的成功开发经验积累，汇集多用户意见，修改成第三版，去除冗余部件，硬件绝对可靠。

$p^2@)G_O%I0      1 ）传输距离

_o_n_R#N*x,Z_t0工程中您可能需要考虑到传输距离和可靠性问题！我们板子和程序在实际项目中经过测试。项目中传输速率采用10Kbps，传输距离大概在200米左右，通讯很稳定。EDA中国门户网站+q8v+I_V7q_T_K/Q _

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_N-]"r Q4V1t2W_e p_M:y0 

6H;m y)t;I K%q"__B0      2） 多点网络EDA中国门户网站,\\_e9a_w$Q ~ z_K u

EDA中国门户网站_^_N6G1G B_}_V U 

CAN网络最多支持110个节点。我们工程中需要200多个节点。我们采用的方案是50个节点一组，然后就是采用HUB连接起来实现的。

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M0 2.我们有多个总线项目成功开发经验，实战程序代码实用，注释详尽清楚，让您在短期内对can总线有更好的认识和体会！EDA中国门户网站_h4L_y%`_h)U_d8@5q

EDA中国门户网站1G_K_b_B,L-G_`_a(R_aI_{ 

3.针对面广泛，前面2版用户很多，公司的工程师，高校的老师，还有很多在校的学生

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$y6Y_WX_G9E4v_y04.使用面广泛，可以用于工程评估，课程设计，及毕业设计。EDA中国门户网站_F U*O,h s"y__

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5.我们也是从学生过来的，老师上课讲的东西，大部分是一些繁杂的理论，而且没有动手实践的机会！而我们根据CAN总线的学习过程积累的经验，将一些复杂的理论精简化，通俗易懂，而且配合我们的学习板，初学者很容易掌握。目前获得用户的反馈都很不错！而且我们了解初学者需要什么，难点在哪？所以我们编制的指导书和资料都是非常适合广大同学的自学，而且我们会提供切实及时的指导和帮助。

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s'H;F^9p0L_n!I_n(t'B_X06.家庭贫困的在校本科生，如果经济有困难，请单独联系我们。EDA中国门户网站'o8[0|_v_r;F"~_v0H_E,t

五 购买方式

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1 您可以和我们联系，把货款直接汇到我们的银行帐号上。我们收到后，当天或者第二天会快递给你。

H#W_z"q_i+L#c02 您也可以在淘宝网上购买我们的CAN总线学习板。同样，我们也会尽快快递给你。EDA中国门户网站L_{.g#q#s_A

六 价格EDA中国门户网站 l/R,n0?_h+\\6G

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优惠前：

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    如果你犹豫不绝，不知道选择哪个方案的话，我们给您以下建议：

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*]_w4x,p_u a0  1.1号方案适合于手中有CAN调试器的用户，如果您手中有CAN总线的调试工具的话，可以买1号方案，这样可以方便评估CAN总线的功能。EDA中国门户网站'N,d_B_o_f_z%R

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  2.2号方案适合于大多数初学者，能够实现双节点通信，可以迅速组建您的微型CAN通信网络，买来就可以直接使用，推荐初学者购买这个。EDA中国门户网站(G_H |h_?_p_H_F-_$g

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  3.3号方案适合于想提高自己的用户，给你配备无线2.4G收发模块，可以迅速组建您的无线通信网络，想进行无线传感器以及无线数据采集的用户最适合不过了。

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M3A0  4.4号方案适合于动手能力强的用户，可以购买散件回去自行组装，但是提醒广大初学的在校同学，由于你们平时可能没有进行熟练的实践，所以焊接功夫可能不到家，我们板子上几乎都是表贴元件，所以对于焊接有一定的要求。另外最为重要的一点就是：CAN总线需要一定的调试经验，如果一次焊接调试不成功，需要很细致的调节和检测，所以如果你的电路调试经验不足的话，我们建议您购买2号方案，价格不是相差很多，否则很容易打消学习积极性！EDA中国门户网站 K f7N1V T%b"y t_C

_x_T#} |_v_Z_d$o0 5.5号方案适合于几个志同道合的愿意进行电子开发的同学合作，团够价格优惠，回去可以组建你们自己的多点CAN总线网络。EDA中国门户网站_?"x_}w { ] G_l

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