STM32单片机CAN总线通信：工业级网络通信的深入解析

# 1. STM32单片机CAN总线概述

CAN（控制器局域网）总线是一种广泛应用于工业自动化、汽车电子等领域的通信协议。它具有高可靠性、抗干扰能力强、数据传输速率高等优点。

STM32单片机是意法半导体公司推出的高性能微控制器系列，其中许多型号都集成了CAN总线接口。这使得STM32单片机成为开发CAN总线应用的理想选择。

本篇文章将从CAN总线概述、通信原理、STM32单片机CAN总线编程、通信实践应用、故障诊断与维护以及工业应用拓展等方面对STM32单片机CAN总线进行全面的介绍，旨在帮助读者深入理解和掌握CAN总线技术在STM32单片机上的应用。

# 2. CAN总线通信原理

### 2.1 CAN总线协议详解

#### 2.1.1 CAN总线帧格式

CAN总线帧由以下字段组成：

| 字段 | 长度 (位) | 描述 |
|---|---|---|
| 起始位 | 1 | 逻辑0，表示帧的开始 |
| 仲裁场 | 11/29 | 用于节点竞争总线访问权 |
| 控制场 | 6 | 包含帧类型、数据长度和CRC校验位 |
| 数据场 | 0-8 | 数据字段，可传输 0-8 字节的数据 |
| CRC校验场 | 15 | 循环冗余校验，用于检测数据错误 |
| ACK位 | 1 | 应答位，接收节点发送逻辑0表示接收成功 |
| 结束位 | 7 | 逻辑1，表示帧的结束 |

#### 2.1.2 CAN总线通信机制

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。仲裁场中数值越小，优先级越高。

CAN总线通信流程如下：

1. **总线空闲检测：**发送节点检测总线是否空闲，若空闲则开始发送。
2. **仲裁：**发送节点发送仲裁场，若有其他节点发送更高优先级的仲裁场，则发送节点停止发送，进入接收模式。
3. **数据发送：**发送节点发送数据场。
4. **应答：**接收节点收到数据后，发送应答位表示接收成功。
5. **错误检测：**如果接收节点检测到错误，则发送错误帧。

### 2.2 CAN总线硬件接口

#### 2.2.1 CAN收发器原理

CAN收发器是CAN总线与微控制器之间的接口。它负责将微控制器的数字信号转换为CAN总线上的差分信号，并接收CAN总线上的差分信号并转换为数字信号。

CAN收发器的主要功能包括：

- 差分发送和接收
- 故障保护
- 唤醒功能

#### 2.2.2 STM32单片机的CAN接口

STM32单片机内置CAN接口，可直接与CAN收发器连接。CAN接口包含以下寄存器：

- **CAN控制寄存器 (CAN_CR)：**控制CAN模块的配置和操作。
- **CAN状态寄存器 (CAN_SR)：**反映CAN模块的状态。
- **CAN发送数据寄存器 (CAN_TxDR)：**存储要发送的数据。
- **CAN接收数据寄存器 (CAN_RxDR)：**存储接收到的数据。
- **CAN过滤器寄存器 (CAN_FMR)：**配置CAN过滤器。

**代码块：**

// 配置CAN接口
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN; // 使能CAN1时钟
CAN1->MCR |= CAN_MCR_INRQ; // 初始化请求
CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_INRQ; // 退出初始化模式

// 设置波特率
CAN1->BTR = 0x00000007; // 125kbps，晶振8MHz

**逻辑分析：**

* `RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN;`：使能CAN1时钟。
* `CAN1->MCR |= CAN_MCR_INRQ;`：进入初始化模式。
* `CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_INRQ;`：退出初始化模式。
* `CAN1->BTR =