STM32单片机CAN总线编程：实现设备间的可靠通信，构建嵌入式网络

# 1. STM32单片机CAN总线简介

CAN（控制器局域网络）总线是一种广泛应用于工业自动化、汽车电子和医疗设备等领域的串行通信协议。它以其高可靠性、实时性和抗干扰能力而著称。

STM32单片机集成了CAN控制器，支持CAN 2.0B协议，具有强大的CAN总线通信能力。本章将介绍STM32单片机CAN总线的特点、优势和应用领域，为后续章节的详细讲解奠定基础。

# 2. CAN总线通信原理与协议

### 2.1 CAN总线拓扑结构和通信机制

CAN总线采用多主总线结构，每个节点都可以作为总线控制权的竞争者。CAN总线采用非破坏性仲裁机制，当多个节点同时发送数据时，具有更高优先级的节点将获得总线控制权，而优先级较低的节点将停止发送，等待总线空闲后再发送。

### 2.2 CAN总线帧格式和数据传输

CAN总线帧格式分为标准帧和扩展帧两种。标准帧由11位标识符、18位数据、15位CRC校验和2位结束符组成，总共64位。扩展帧由29位标识符、64位数据、15位CRC校验和2位结束符组成，总共128位。

数据传输采用非归零码（NRZ）方式，即逻辑“0”用低电平表示，逻辑“1”用高电平表示。

### 2.3 CAN总线错误检测和处理

CAN总线具有强大的错误检测和处理能力。它采用奇偶校验、循环冗余校验（CRC）和比特填充等技术来检测和纠正错误。当检测到错误时，CAN总线会自动采取措施，如重新发送数据或进入错误模式。

#### 代码示例：

// CAN总线错误处理中断服务函数
void CAN_Error_Handler(void)
{
    // 获取错误类型
    uint32_t error_type = CAN->ESR;

    // 根据错误类型进行处理
    switch (error_type)
    {
        case CAN_ESR_LEC:
            // 接收器锁定错误
            break;
        case CAN_ESR_TEC:
            // 发送器锁定错误
            break;
        case CAN_ESR_BEC:
            // 总线错误
            break;
        case CAN_ESR_SECC:
            // 校验错误
            break;
        default:
            break;
    }

    // 清除错误标志
    CAN->ESR = 0;
}

#### 参数说明：

* `error_type`: 错误类型，具体取值见CAN总线错误寄存器（ESR）定义。

#### 逻辑分析：

该中断服务函数用于处理CAN总线错误。当CAN总线发生错误时，会触发该中断。中断服务函数会获取错误类型，并根据不同的错误类型进行相应的处理。最后，清除错误标志，以便CAN总线继续正常工作。

# 3.1 CAN总线硬件接口和寄存器

**CAN总线硬件接口**

STM32单片机上的CAN总线硬件接口通常包含以下引脚：

| 引脚名称 | 功能 |
|---|---|
| CAN_TX | CAN总线发送引脚 |
| CAN_RX | CAN总线接收引脚 |

这些引脚与CAN收发器连接，收发器负责将CAN总线信号与单片机内部逻辑电平进行转换。

**CAN总线寄存器**

STM32单片机上的CAN总线外设包含多个寄存器，用于控制和配置CAN总线操作。主要寄存器包括：

| 寄存器名称 | 功能 |
|---|---|
| CAN_MCR | CAN总线主控制寄存器，用于使能/禁用CAN总线、选择工作模式等 |
| CAN_MSR | CAN总线主状态寄存器，反映CAN总线当前状态，如传输状态、错误状态等 |
| CAN_IER | CAN总线中断使能寄存器，用于使能/禁用各种CAN总线中断 |
| CAN_FMR | CAN总线滤波器主寄存器，用于配置CAN总线消息过滤 |
| CAN_TxR | CAN总线发送寄存器，用于存储要发送的数据 |
| CAN_RxR | CAN总线接收寄存器，用于存储接收到的数据 |

### 3.2 CAN总线初始化和配置

**CAN总线初始化**

CAN总线初始化步骤如下：

1. 使能CAN总线时钟。
2. 配置CAN总线引脚。
3. 复位CAN总线外设。
4. 配置CAN总线工作模式（正常模式或监听模式）。
5. 设置CAN总线波特率。

**CAN总线配置**

CAN总线配置步骤如下：

1. 配置CAN总线中断。
2. 配置CAN总线滤波器。
3. 配置CAN总线输出引脚。
4. 配置CAN总线接收缓冲区。

以下代码示例演示了STM32单片机上CAN总线初始化和配置的过程：

// 使能CAN总线时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN;

// 配置CAN总线引脚
GPIOA->MODE