工业通信的可靠选择：STM32单片机CAN编程详解，打造稳定通信网络

# 1. STM32单片机CAN总线概述**

CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于工业自动化、汽车电子等领域的现场总线技术。它以其高可靠性、实时性、抗干扰能力强等优点而著称。

STM32单片机集成了CAN控制器外设，支持CAN总线通信。通过使用CAN总线，STM32单片机可以与其他设备进行数据交换，实现分布式控制和信息共享。CAN总线在STM32单片机中的应用主要包括：

* 工业自动化控制系统：用于连接传感器、执行器、控制器等设备，实现数据采集、控制指令下发等功能。
* 车载通信系统：用于连接ECU（电子控制单元）、传感器、执行器等设备，实现车辆信息交换、故障诊断等功能。

# 2. CAN总线编程理论

### 2.1 CAN总线协议及帧格式

CAN总线采用多主总线结构，所有节点都可以平等地访问总线。CAN总线协议定义了通信帧格式，帧格式包括以下字段：

| 字段 | 长度（位） | 描述 |
|---|---|---|
| 起始位 | 1 | 逻辑低电平，表示帧的开始 |
| 仲裁场 | 11/12/29 | 用于仲裁总线访问权，优先级由低到高 |
| 控制场 | 6 | 控制帧的长度和类型 |
| 数据场 | 0-64 | 携带数据信息 |
| CRC场 | 15/16 | 循环冗余校验，用于检测数据错误 |
| ACK场 | 2 | 应答位，表示接收节点正确接收帧 |
| 结束位 | 7 | 逻辑高电平，表示帧的结束 |

### 2.2 CAN总线硬件接口及驱动

#### CAN总线接口

CAN总线接口通常由CAN收发器和CAN控制器组成。CAN收发器负责物理层通信，将差分信号转换为单端信号，反之亦然。CAN控制器负责协议层通信，处理CAN总线协议。

#### CAN总线驱动

CAN总线驱动程序负责管理CAN控制器，提供以下功能：

- 初始化CAN控制器
- 配置CAN控制器参数
- 发送和接收CAN帧
- 处理中断和错误

### 2.3 CAN总线通信协议栈

CAN总线通信协议栈通常包括以下层：

| 层级 | 功能 |
|---|---|
| 物理层 | 提供物理连接和信号传输 |
| 数据链路层 | 负责帧的封装、发送和接收 |
| 网络层 | 负责节点寻址和路由 |
| 应用层 | 提供应用程序接口，用于发送和接收数据 |

**代码块：CAN总线通信协议栈**

#include "can.h"

void can_init(void)
{
    // 初始化CAN控制器
    CAN_InitTypeDef can_init_struct;
    can_init_struct.CAN_TTCM = DISABLE;
    can_init_struct.CAN_ABOM = DISABLE;
    can_init_struct.CAN_AWUM = DISABLE;
    can_init_struct.CAN_NART = DISABLE;
    can_init_struct.CAN_RFLM = DISABLE;
    can_init_struct.CAN_TXFP = DISABLE;
    can_init_struct.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;
    can_init_struct.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq;
    can_init_struct.CAN_BS1 = CAN_BS1_1tq;
    can_init_struct.CAN_BS2 = CAN_BS2_1tq;
    can_init_struct.CAN_Prescaler = 4;
    CAN_Init(&can_init_struct);
}

void can_send_frame(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t id, uint8_t *data, uint8_t len)
{
    // 发送CAN帧
    CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
    tx_header.StdId = id;
    tx_header.ExtId = 0;
    tx_header.RTR = CAN_RTR_Data;
    tx_header.IDE = CAN_ID_STD;
    tx_header.DLC = len;
    tx_header.TransmitGlobalTime = DISABLE;
    CAN_Transmit(hcan, &tx_header, data);
}

void can_receive_frame(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t *id, uint8_t *data, uint8_t *len)
{
    // 接收CAN帧
    CAN_RxH