STM32F103ZET6 CAN总线应用


参考资源链接：[STM32F103ZET6原理图](https://wenku.csdn.net/doc/646c29ead12cbe7ec3e3a640?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F103ZET6微控制器概述

微控制器，又称单片机，是现代电子设计领域不可或缺的组件之一，它使得集成化和智能化成为可能。在众多的微控制器系列中，STMicroelectronics生产的STM32系列因其实时性能强大、系统成本低廉、易于编程和扩展性优异而广受欢迎。本章节将为读者提供对STM32F103ZET6微控制器的入门级综述，包括其核心特性、性能指标以及应用场景。

## 1.1 STM32F103ZET6核心特性
STM32F103ZET6是STM32F1系列中的高性能型号，装备了ARM® Cortex®-M3处理器内核，具有72MHz的最大工作频率，内置高达512KB的闪存和64KB的SRAM，这些资源足以支持复杂应用的运行。它还集成了丰富的外设，如USB OTG、CAN总线接口、ADC、DAC以及多种通信接口，为工业自动化、医疗设备、汽车电子、通信等领域提供了解决方案。

## 1.2 STM32F103ZET6应用场景
由于其高性能和丰富的外设接口，STM32F103ZET6微控制器在许多方面都有广泛应用。它可以作为控制单元，用于小型机器人、无人机、智能家居设备等；也可以作为数据采集系统的一部分，参与环境监测、健康护理设备等项目；此外，它在汽车电子领域同样表现突出，如汽车娱乐系统、车载通信设备等。

本文档将引导读者从基础出发，逐步深入至实际编程和项目应用层面，挖掘STM32F103ZET6微控制器的无限潜能。

# 2. CAN总线基础理论

## 2.1 CAN总线技术简介

### 2.1.1 CAN总线的历史和特点

CAN总线，全称为Controller Area Network，是1980年代中期由德国Bosch公司为汽车通信网络开发的一种串行通讯协议。它最初被设计用于汽车内部的微控制器和设备之间的数据交换，但随着技术的发展，CAN总线的适用范围已扩展至工业自动化、医疗设备以及航空航天等多个领域。

CAN总线有以下显著特点：

- **多主性**：网络上的任意节点都可以在任意时刻主动地向网络发送信息，无需请求集中式主控制器。
- **高可靠性**：具有强大的错误检测能力，包括循环冗余检查(CRC)、帧检查、位填充等。
- **实时性**：CAN总线采用非破坏性仲裁技术，保证了高优先级的消息快速发送，满足了实时性要求。
- **灵活性**：节点的增加和删除不会影响整个网络的运行，网络布线结构简单。
- **广播通信**：信息通过广播的方式发送给所有节点，由各个节点根据标识符判断是否接收。

### 2.1.2 CAN总线协议的基本原理

CAN协议的核心在于消息的帧结构，每个CAN帧由7部分组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、ACK场和帧结束。

- **帧起始**：标识CAN帧的开始。
- **仲裁场**：包含标准标识符和扩展标识符，决定消息的优先级。
- **控制场**：包含控制信息，如数据长度代码(DLC)，指示数据场中字节数。
- **数据场**：可携带0到8个字节的数据。
- **CRC场**：循环冗余校验，用于错误检测。
- **ACK场**：接收节点的应答位。
- **帧结束**：标记帧的结束。

## 2.2 CAN总线在微控制器中的实现

### 2.2.1 STM32F103ZET6中的CAN模块概述

STM32F103ZET6微控制器内置了两个CAN控制器，它们可以支持标准帧和扩展帧格式的通信。CAN模块具有灵活的报文处理能力，支持过滤和屏蔽功能，能够处理具有不同优先级的消息，并且可以配置为接收或发送消息。

### 2.2.2 CAN初始化设置与配置

为了使STM32F103ZET6的CAN模块能够正常工作，需要进行一系列的初始化设置，包括时钟配置、GPIO配置、CAN过滤器配置、中断配置等。

以下是初始化设置的代码示例：

// 初始化代码
CAN_HandleTypeDef hcan;

void MX_CAN_Init(void)
{
    hcan.Instance = CAN1;
    hcan.Init.Prescaler = 9; // 预分频器值
    hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // CAN工作模式
    hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ; // 同步跳宽
    hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ; // 时间段1
    hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ; // 时间段2
    hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE; // 时间触发模式
    hcan.Init.AutoBusOff = DISABLE; // 自动总线关闭
    hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE; // 自动唤醒
    hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE; // 自动重传
    hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE; // 接收FIFO锁定
    hcan.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE; // 发送FIFO优先级
    if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK)
    {
        // 初始化错误处理
    }
}

初始化函数`MX_CAN_Init`首先定义了一个`CAN_HandleTypeDef`类型的结构体`hcan`，用来存储CAN模块的配置信息。函数中的参数设置，如预分频器值、工作模式等，直接决定了CAN模块的通信速率和行为模式。

## 2.3 CAN总线网络通信原理

### 2.3.1 消息格式和过滤机制

CAN总线中的消息格式分为标准帧和扩展帧两种，分别用于标识符不同长度的报文。标准帧使用11位标识符，扩展帧使用29位。

在STM32F103ZET6中，可以通过配置过滤器来决定哪些消息应该被接收。过滤器可以设置为识别特定的标识符范围，或者忽略特定范围的消息。

CAN_FilterTypeDef canFilterConfig;

void MX_CAN_Filter_Init(void)
{
    canFilterConfig.FilterBank = 0; // 使用过滤器0
    canFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; // 使用屏蔽位模式
    canFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; // 过滤器规模为32位
    canFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000;
    canFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000;
    canFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000;
    canFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;
    canFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; // 分配到FIFO 0
    canFilterConfig.FilterActivation = ENABLE; // 激活过滤器
    canFilterConfig.SlaveStartFilterBank = 14; // 从14号过滤器开始

    if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &canFilterConfig) != HAL_OK)
    {
        // 过滤器配置错误处理
    }
}

在上述代码中，通过配置`CAN_FilterTypeDef`结构体的成员变量来设置过滤器的模式、规模、标识符范围等参数。

### 2.3.2 位定时和同步机制

CAN总线的位定时指的是网络上各个节点对于位的时序同步。它是通过位时间的三个重要参数进行配置的：同步段、时间段1（TSEG1）和时间段2（TSEG2）。这些参数共同决定了位时间的总长度，进而影响网络的通信速率和错误检测的能力。

为了保证同步，CAN协议使用硬同步和重同步机制：

- **硬同步**：当检测到同步边沿与本地时钟不同步时，立即进行调整。
- **重同步**：对每个新接收到的消息进行微调，以减少节点间时钟的偏差。

位定时的配置示例如下：

void CAN_SetupTiming(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
    CAN_TimingTypeDef timingConfig;

    timingConfig.TS1 = 11; // TSEG1的值
    timingConfig.TS2 = 2; // TSEG2的值
    timingConfig.Prescaler = 9; // 预分频器值
    timingConfig.SJW = 4; // 同步跳宽
    timingConfig.BRPE = 0; // Baud Rate Prescaler Extension，用于提高精度

    if (HAL_CAN_ConfigTiming(hcan, &timingConfig) != HAL_OK)
    {
        // 同步机制配置错误处理
    }
}

在代码中，`CAN_TimingTypeDef`结构体用于设定位定时相关参数，以便调整网络的同步和速率。正确配置这些参数是确保CAN通信稳定性的关键。

在下一章节中，我们将深入探讨如何在STM32F103ZET6开发板上进行CAN总线的实践操作，包括硬件连接、驱动安装、消息的发送与接收、以及错误处理和诊断。这些操作将进一步加深对CAN总线在实际应用中功能和性能的理解。

# 3. STM32F103ZET6 CAN总线实践

## 3.1 硬件连接和驱动安装

### 3.1.1 STM32F103ZET6开发板与CAN模块连接

在开始实际操作之前，我们需要将STM32F103ZET6开发板与CAN模块连接起来。这里以一个常见的CAN总线模块为例，介绍如何进行硬件连接。首先，确定开发板上的CAN接口位置，对于STM32F103ZET6，通常会有一个或多个标记为"CAN"的引脚。然后，你需要准备一条CAN接口线，将一端连接至开发板上的CAN接口，另一端连接至CAN模块。请确保连接过程中信号线、电源线和地线连接正确，以避免短路或者损坏设备。

### 3.1.2 驱动程序安装和测试

连接完毕后，需要安装驱动程序，并对硬件进行测试。在大多数情况下，Windows系统下的USB转CAN适配器会附带驱动光盘或提供下载链接。安装驱动前，请根据操作系统选择合适的版本进行下载，并按照安装向导完成安装过程。安装成功后，你可以使用配套的软件工具或开发环境中的串口调试助手工具发送CAN消息进行测试，确保硬件设备正常工作。如果在测试中遇到任何问题，应根据错误信息或设备指示灯的状态进行故障排查。

## 3.2 CAN总线消息的发送与接收

### 3.2.1 发送CAN消息的基本流程

发送CAN消息的基本流程可以分为以下几个步骤：

1. 初始化CAN接口：配置CAN总线速率、过滤器、中断等参数，使其满足应用需求。
2. 编写消息内容：包括消息的标识符、数据长度及数据内容。
3. 发送消息：将消息内容放入发送缓冲区，并触发发送操作。
4. 错误处理：在发送过程中，如果发生错误，应进行适当的错误处理。

以下是使用STM32 HAL库发送CAN消息的代码示例：

CAN_HandleTypeDef hcan;

/* 初始化CAN */
hcan.Instance = CAN1;
hcan.Init.Prescaler = 9;
hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ;
hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ;
hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
hcan.Init.AutoBusOff = DISABLE;
hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
hcan.Init.AutoRetr