STM32单片机CAN总线通信技术：10个实战案例，玩转工业自动化

# 1. CAN总线基础**

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通信协议。它以其高可靠性、实时性和低成本等优点而著称。

CAN总线采用多主控结构，每个节点都可以发送和接收数据。数据以帧的形式在总线上传输，帧中包含数据、标识符和校验和等信息。CAN总线使用非破坏性仲裁机制，确保优先级高的节点能够优先访问总线。

CAN总线协议定义了严格的报文格式和通信规则，以确保数据传输的可靠性。CAN总线节点通过物理层收发器连接到总线上，物理层负责数据的发送和接收。

# 2. STM32单片机CAN总线编程**

**2.1 CAN总线硬件配置**

STM32单片机内置CAN控制器，可通过配置寄存器和引脚复用功能实现CAN总线通信。

**硬件配置步骤：**

1. 使能CAN外设时钟。
2. 配置CAN引脚复用功能。
3. 初始化CAN控制器寄存器。

**2.2 CAN总线通信协议**

CAN总线采用多主从结构，使用非破坏性仲裁机制。

**通信协议主要包括：**

* **报文格式：**包含起始位、仲裁位、控制位、数据位、CRC位和结束位。
* **仲裁机制：**通过比较报文标识符的优先级进行仲裁，优先级高的报文获得总线控制权。
* **错误检测：**使用CRC校验和帧校验序列检测错误。

**2.3 CAN总线消息处理**

STM32单片机通过CAN控制器接收和发送CAN报文。

**消息处理流程：**

1. CAN控制器接收报文。
2. CAN控制器将报文存储在接收缓冲区。
3. CPU从接收缓冲区读取报文。
4. CPU处理报文数据。
5. CPU将报文发送到发送缓冲区。
6. CAN控制器发送报文。

**2.4 CAN总线中断处理**

STM32单片机支持CAN总线中断，可用于快速响应CAN事件。

**中断类型：**

* **接收中断：**当CAN控制器接收报文时触发。
* **发送中断：**当CAN控制器发送报文时触发。
* **错误中断：**当CAN控制器检测到错误时触发。

**中断处理流程：**

1. 中断服务程序被触发。
2. 中断服务程序读取中断寄存器，确定中断源。
3. 中断服务程序处理中断事件。
4. 中断服务程序清除中断标志位。

# 3. CAN总线实战案例

### 3.1 CAN总线通信实验平台搭建

**实验平台：**

- STM32F103C8T6单片机开发板
- CAN收发器MCP2515
- CAN总线电阻120Ω
- 杜邦线

**搭建步骤：**

1. 将CAN收发器MCP2515与STM32单片机连接：
- MCP2515的VCC引脚连接STM32的3.3V电源
- MCP2515的GND引脚连接STM32的GND
- MCP2515的TXD引脚连接STM32的CAN_TX引脚
- MCP2515的RXD引脚连接STM32的CAN_RX引脚
2. 在CAN总线上连接120Ω电阻，两端分别连接CAN_H和CAN_L引脚
3. 将多个CAN总线节点按照拓扑结构连接

### 3.2 CAN总线节点数据传输

**代码实现：**

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "can.h"

CAN_HandleTypeDef hcan;

int main(void)
{
  HAL_Init();
  CAN_Config();

  while (1)
  {
    CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;
    uint8_t TxData[8] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88};

    TxHeader.StdId = 0x123;
    TxHeader.DLC = 8;
    TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;
    TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;

    HAL_CAN_Transmit(&hcan, &TxHeader, TxData, 100);
  }
}

**逻辑分析：**

1. 初始化CAN总线外设和配置CAN总线参数
2. 配置CAN总线发送消息头：标准ID、数据长度、帧类型、帧格式
3. 填充CAN总线发送数据
4. 发送CAN总线消息

### 3.3 CAN总线网络拓扑结构设计

**网络拓扑结构：**

- **线形拓扑：**节点沿总线依次连接，信号从一端传到另一端
- **星形拓扑：**所有节点连接到一个中央节点（集线器）
- **环形拓扑：**节点首尾相连，形成一个闭环

**选择原则：**

- 线形拓扑：简单可靠