揭秘STM32单片机CAN总线应用：实现工业自动化，提升系统稳定性

# 1. STM32单片机简介**

STM32单片机是意法半导体（STMicroelectronics）公司生产的32位微控制器系列，基于ARM Cortex-M内核。STM32单片机以其高性能、低功耗和丰富的外设而闻名，广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗设备和消费电子等领域。

STM32单片机系列包含多种型号，涵盖从低功耗的STM32L系列到高性能的STM32H7系列。这些型号提供不同的外设组合，如定时器、ADC、DAC、CAN总线和以太网接口，以满足不同的应用需求。

STM32单片机易于使用，提供完善的开发工具和技术支持。其广泛的生态系统包括IDE、编译器、调试器和中间件，使开发者能够快速开发和部署基于STM32的嵌入式系统。

# 2.1 CAN总线协议和特点

### 2.1.1 CAN总线协议

CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信协议，专为汽车行业开发，用于在分布式控制系统中实现可靠、高效的数据传输。CAN总线协议基于多主总线结构，允许多个节点同时访问总线并进行通信。

CAN总线协议采用位填充和循环冗余校验（CRC）技术，确保数据的可靠性。位填充通过在连续的相同位后面插入相反的位来防止总线上出现长串的相同位，从而避免误判信号边缘。CRC是一种错误检测机制，在数据帧中附加校验和，接收节点使用该校验和来验证数据的完整性。

### 2.1.2 CAN总线特点

CAN总线具有以下特点：

- **高可靠性：**CAN总线协议的位填充和CRC技术确保了数据的可靠传输，即使在恶劣的电气环境中也能保持通信的稳定性。
- **实时性：**CAN总线采用非破坏性仲裁机制，优先级高的节点可以抢占总线，确保关键数据的及时传输。
- **多主结构：**CAN总线允许多个节点同时访问总线，无需中央协调器，提高了系统的灵活性。
- **低成本：**CAN总线控制器和收发器成本低廉，易于集成到嵌入式系统中。
- **广泛应用：**CAN总线广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备等领域，具有广泛的生态系统和支持。

### 2.1.3 CAN总线帧格式

CAN总线帧由以下字段组成：

- **起始位（SOF）：**表示帧的开始，由连续的五位显性位（0）组成。
- **仲裁字段：**包含帧的标识符（ID）和远程传输请求（RTR）位。ID用于区分不同的数据帧，RTR位指示帧是数据帧还是远程帧。
- **控制字段：**包含数据长度代码（DLC）和帧类型（数据帧或远程帧）。
- **数据字段：**包含帧的数据，长度可变，最大为8个字节。
- **CRC字段：**包含帧的循环冗余校验码，用于检测数据错误。
- **确认字段（ACK）：**由所有接收节点发送，表示帧已成功接收。
- **终止位（EOF）：**表示帧的结束，由连续的七位隐性位（1）组成。

### 2.1.4 CAN总线通信方式

CAN总线采用非破坏性仲裁机制，优先级高的节点可以抢占总线。仲裁过程基于帧的标识符，ID较小的帧具有更高的优先级。当多个节点同时发送帧时，ID较小的帧将赢得仲裁并成功传输。

CAN总线通信方式如下：

1. **发送节点：**发送节点将数据帧发送到总线上。
2. **仲裁：**所有节点同时接收帧并进行仲裁。
3. **传输：**优先级高的帧赢得仲裁并传输数据。
4. **接收：**所有节点接收数据帧并检查CRC。
5. **确认：**所有接收节点发送确认信号，表示帧已成功接收。
6. **释放总线：**发送节点释放总线，允许其他节点发送帧。

# 3. STM32单片机CAN总线硬件接口

### 3.1 CAN控制器和寄存器

STM32单片机内置CAN控制器，负责处理CAN总线通信协议和数据传输。CAN控制器包含多个寄存器，用于配置和控制CAN总线操作。

**CAN控制器寄存器**

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| CAN_MCR | CAN主控制寄存器，用于配置CAN控制器的工作模式和中断使能 |
| CAN_MSR | CAN主状态寄存器，反映CAN控制器当前的状态 |
| CAN_TSR | CAN传输状态寄存器，指示CAN控制器当前的传输状态 |
| CAN_RF0R | CAN接收FIFO 0寄存器，用于接收CAN数据帧 |
| CAN_RF1R | CAN接收FIFO 1寄存器，用于接收CAN数据帧 |
| CAN_IER | CAN中断使能寄存器，用于使能或禁用CAN控制器中断 |
|