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STM32——CAN总线_stm32 can

网友: 技术文档 2025-07-30 13:17:08

STM32——CAN总线

1. CAN总线基础概念

1.1 CAN总线简介

控制器局域网（Controller Area Network, CAN）是由Bosch公司开发的串行通信协议，专为汽车电子和工业控制设计，具有以下核心特性：

  • 多主控制架构：所有节点均可主动发送数据
  • 差分信号传输：CAN_H与CAN_L双绞线抗干扰
  • 非破坏性仲裁：基于ID优先级的冲突解决机制
  • 高可靠性：CRC校验、错误帧检测等安全机制

图表

#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO {font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO svg{font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .label{font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .label text,#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node rect,#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node circle,#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node ellipse,#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node polygon,#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-EFg2t33nRenLtheO :root{--mermaid-font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;}CAN_H/CAN_LCAN_H/CAN_LCAN_H/CAN_L节点1CAN总线节点2节点3终端电阻 120Ω

1.2 CAN物理层结构

组件 功能说明 典型参数 CAN控制器 协议处理、帧过滤 集成在STM32内部 CAN收发器 电平转换(TTL↔差分) TJA1050, SN65HVD 双绞线 信号传输介质 特性阻抗120Ω 终端电阻 消除信号反射 120Ω两端各1个

物理连接示意图：

STM32 CAN收发器 CAN总线|------| |------| |--------|| | TX ----| TXD | | CAN_H || CAN | | |--------| || 控制 | RX ----| RXD | | CAN_L || 器 | |------| |--------||------| ↑ VCC(5V)

2. STM32 CAN控制器架构

2.1 功能框图

#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr {font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr svg{font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .label{font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .label text,#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node rect,#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node circle,#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node ellipse,#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node polygon,#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-vRd6WBg0yI9ugVhr :root{--mermaid-font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;}CAN核心发送邮箱接收FIFO过滤器组控制逻辑CAN TXCAN RX标识符匹配波特率控制

2.2 关键功能单元

  1. 发送邮箱：3个独立邮箱（F1/F4系列）
    • 优先级管理机制
    • 自动重传功能
  2. 接收FIFO：2个FIFO（FIFO0/FIFO1）
    • 每个FIFO深度3个报文
    • 可配置溢出处理
  3. 过滤器组：最多28个（F4系列）
    • 工作模式：掩码模式/列表模式
    • 尺度选择：16位/32位

3. CAN通信协议详解

3.1 数据帧结构

┌───┬───────┬──────┬───┬───────┬──────┬──────┬───┬───┐│SOF│Arbitr.│Control│IDE│Data │ CRC │ ACK │EOF│IFS││1 │11/29 │6 │1 │0-64 │16 │2 │7 |3 |└───┴───────┴──────┴───┴───────┴──────┴──────┴───┴───┘
  • SOF：帧起始（显性电平）
  • Arbitration：ID+ RTR位（11位标准/29位扩展）
  • Control：DLC（数据长度0-8字节）
  • CRC：15位校验 + 1位界定符
  • ACK：应答槽 + 应答界定符

3.2 波特率配置

计算公式：

波特率 = APB1时钟 / (Prescaler * (BS1 + BS2 + 1))

位时间组成：

┌───┬──────────────┬──────────────┐│SYNC│ BS1(Prop) │ BS2(Ph2) │├───┼─────┬────┬───┼─────┬────┬───┤│ 1 │ TQ1│... │TQn│ TQ1│... │TQm│└───┴─────┴────┴───┴─────┴────┴───┘
  • SYNC_SEG：固定1个时间量子(TQ)
  • BS1：传播时间段（1-16 TQ）
  • BS2：相位缓冲段2（1-8 TQ）

4. STM32CubeMX配置步骤

4.1 基础配置流程

  1. 在Pinout视图启用CAN
  2. 配置参数：
    • Mode：Normal/Loopback
    • Bit Timings：设置Prescaler/BS1/BS2
  3. 过滤器配置：
    • Filter Activate：Enable
    • Scale：32-bit/16-bit
    • Mode：Mask/List
  4. NVIC设置：启用接收中断

4.2 推荐配置参数（500kbps）

参数 值 说明 Prescaler 6 分频系数 Time Quanta 12 总时间量子数 BS1 8 TQ 传播时间段 BS2 3 TQ 相位缓冲段2 SJW 1 TQ 同步跳转宽度 Sample Point 75% (1+BS1)/(1+BS1+BS2)

5. HAL库编程实战

5.1 CAN初始化代码

CAN_HandleTypeDef hcan;CAN_FilterTypeDef filter;void CAN_Init(void){ hcan.Instance = CAN1; hcan.Init.Prescaler = 6; hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ; hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_8TQ; hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ; hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE; hcan.Init.AutoBusOff = DISABLE; hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE; hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE; hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE; hcan.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE; if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK) { Error_Handler(); } // 配置过滤器（接收所有消息） filter.FilterBank = 0; filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; filter.FilterIdHigh = 0x0000; filter.FilterIdLow = 0x0000; filter.FilterMaskIdHigh = 0x0000; filter.FilterMaskIdLow = 0x0000; filter.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0; filter.FilterActivation = ENABLE; HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &filter); HAL_CAN_Start(&hcan); HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);}

5.2 数据发送函数

uint8_t CAN_Send(uint32_t id, uint8_t* data, uint8_t len){ CAN_TxHeaderTypeDef txHeader; uint32_t txMailbox; txHeader.StdId = id; // 标准ID txHeader.ExtId = 0; // 扩展ID（标准帧设为0） txHeader.IDE = CAN_ID_STD; // 使用标准帧 txHeader.RTR = CAN_RTR_DATA; // 数据帧 txHeader.DLC = len; // 数据长度 txHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE; if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &txHeader, data, &txMailbox) != HAL_OK) { return 0; // 发送失败 } // 等待发送完成 while(HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan) != 3); return 1;}

5.3 中断接收处理

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan){ CAN_RxHeaderTypeDef rxHeader; uint8_t rxData[8]; if(HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxData) == HAL_OK) { uint32_t id = rxHeader.StdId; // 获取标准ID uint8_t len = rxHeader.DLC; // 数据长度 // 处理接收数据 (示例: 串口转发) printf(\"ID:0x%X Data:\", id); for(int i=0; i<len; i++) { printf(\"%02X \", rxData[i]); } printf(\"\\n\"); }}

6. 调试技巧与工具

6.1 常见调试工具

工具类型 推荐型号 特点 CAN分析仪 PCAN-USB, ZLG USBCAN 专业级报文分析 逻辑分析仪 Saleae, DSLogic 物理层信号观测 终端电阻 120Ω精密电阻 消除信号反射

6.2 典型问题排查

  1. 无法通信：
    • 检查终端电阻（总线两端各120Ω）
    • 验证波特率配置一致性
    • 测量CAN_H-CAN_L差分电压（2V左右）
  2. 数据丢失：
    • 增加接收FIFO深度
    • 优化过滤器设置减少无关报文
    • 提升中断优先级
  3. 总线错误：
    • 使用HAL_CAN_GetError()获取错误码
    • 检查物理线路是否受干扰
    • 降低波特率测试稳定性

7. 应用案例

7.1 汽车电子网络

┌──────────────┐ ┌──────────────┐│ 发动机控制器 │◄─────►│ 车身控制模块 │├──────────────┤ ├──────────────┤│ CAN总线 │◄──┐ ┌─►│ 仪表盘显示 │└──────▲───────┘ │ │ └──────────────┘ │ ▼ ▼┌──────┴───────┐ ┌──────────────┐│ 制动系统 │ │ 网关控制器 │└──────────────┘ └──────────────┘

7.2 工业控制系统

#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 {font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 svg{font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .label{font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .label text,#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node rect,#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node circle,#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node ellipse,#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node polygon,#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-sd4CfNsQz3UPBu08 :root{--mermaid-font-family:\"trebuchet ms\",verdana,arial,sans-serif;}CANCANCANSTM32-PLC电机驱动器IO模块传感器集线器伺服电机限位开关温度传感器

最佳实践提示：在工业环境中，建议使用带隔离的CAN收发器（如ISO1050）并增加TVS管保护电路，可显著提升系统抗干扰能力。

附录：CAN资源速查表

寄存器 功能描述 关键位域 CAN_MCR 主控制寄存器 INRQ, SLEEP, TTCM CAN_MSR 主状态寄存器 INAK, SLAK, RX, TX CAN_TSR 发送状态寄存器 TME0/1/2, TXOK0/1/2 CAN_RF0R/RF1R 接收FIFO寄存器 FMP0/1, FULL0/1 CAN_FMR 过滤器主寄存器 FINIT, CAN2SB CAN_FA1R 过滤器激活寄存器 FACT0-27
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