目錄
概述
一、CAN模塊核心原理
1. CAN協議基礎
2. STM32 CAN控制器結構
3. 波特率配置
二、CAN模塊配置步驟（基于HAL庫）
1. 初始化CAN外設
2. 配置過濾器
3. 啟動CAN通信
三、數據收發實現
1. 發送數據幀
2. 接收數據幀（中斷方式）
四、高級應用場景
1. CANopen協議集成
2. 雙CAN冗余設計
3. 總線診斷與錯誤處理
五、調試與優化技巧
1. 硬件調試要點
2. 軟件調試工具
3. 性能優化策略
總結
概述
CAN模塊（Controller Area Network）是一種面向現場總線通信的串行通信協議，通過CAN總線可以連接多個控制器和設備，實現實時的數據通信。在STM32微控制器中，CAN模塊通常由以下幾個主要部分組成：CAN控制器（CAN Controller），CAN收發器（CAN Transceiver），CAN過濾器（CAN Filter）。本文詳細介紹STM32 CAN模塊實現原理與應用方法。
一、CAN模塊核心原理
1. CAN協議基礎
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多主架構：任意節點可主動發送，通過仲裁機制解決沖突
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差分信號：CAN_H與CAN_L電壓差表示邏輯（顯性電平≈2V，隱性≈0V）
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幀類型：
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數據幀：攜帶應用數據（標準幀11位ID，擴展幀29位ID）
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遠程幀：請求數據發送
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錯誤幀：節點檢測錯誤時發送
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過載幀：延遲下一幀發送
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2. STM32 CAN控制器結構
typedef struct {__IO uint32_t MCR; // 主控制寄存器__IO uint32_t MSR; // 主狀態寄存器__IO uint32_t TSR; // 發送狀態寄存器__IO uint32_t RF0R; // 接收FIFO0寄存器__IO uint32_t RF1R; // 接收FIFO1寄存器__IO uint32_t IER; // 中斷使能寄存器// ... 其他寄存器
} CAN_TypeDef;-
雙接收FIFO：FIFO0和FIFO1各3級緩存
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3個發送郵箱：支持優先級排序發送
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過濾器組：最多28組（F4系列），可配置為屏蔽或列表模式
3. 波特率配置
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計算公式：
BaudRate = CAN?Clock(Prescaler)×(BS1+BS2+1)BaudRate=(Prescaler)×(BS1+BS2+1)CAN?Clock? -
典型配置（500kbps，APB1時鐘42MHz）：
hcan.Init.Prescaler = 6; hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_13TQ; // BS1 = 13 Tq hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_2TQ; // BS2 = 2 Tq hcan.Init.SJW = CAN_SJW_1TQ; // 同步跳轉寬度
二、CAN模塊配置步驟（基于HAL庫）
1. 初始化CAN外設
CAN_HandleTypeDef hcan;void CAN_Init(void)
{hcan.Instance = CAN1;hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常模式hcan.Init.AutoBusOff = ENABLE; // 自動總線關閉恢復hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE; // 禁止自動喚醒hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE; // 自動重傳hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE; // FIFO不鎖定hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE; // 非時間觸發模式if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK) {Error_Handler();}
}2. 配置過濾器
CAN_FilterTypeDef filter;void CAN_Filter_Config(void)
{filter.FilterBank = 0; // 使用過濾器組0filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; // 屏蔽模式filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;filter.FilterIdHigh = 0x123 << 5; // 標準ID 0x123，左移5位對齊filter.FilterIdLow = 0x0000;filter.FilterMaskIdHigh = 0x7FF << 5; // 檢查所有標準ID位filter.FilterMaskIdLow = 0x0000;filter.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0; // 匹配的報文存入FIFO0filter.FilterActivation = ENABLE;filter.SlaveStartFilterBank = 14; // 雙CAN時分配過濾器組HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &filter);
}3. 啟動CAN通信
HAL_CAN_Start(&hcan);
HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING); // 使能接收中斷三、數據收發實現
1. 發送數據幀
CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
uint8_t tx_data[8] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
uint32_t tx_mailbox;void CAN_SendMessage(void)
{tx_header.StdId = 0x123; // 標準IDtx_header.ExtId = 0x00; // 擴展ID（標準幀時設為0）tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA; // 數據幀tx_header.IDE = CAN_ID_STD; // 標準ID格式tx_header.DLC = 4; // 數據長度4字節tx_header.TransmitGlobalTime = DISABLE;if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &tx_header, tx_data, &tx_mailbox) != HAL_OK) {// 處理發送失敗}
}2. 接收數據幀（中斷方式）
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{CAN_RxHeaderTypeDef rx_header;uint8_t rx_data[8];HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data);if(rx_header.StdId == 0x123) { // 檢查ID// 處理接收數據}
}四、高級應用場景
1. CANopen協議集成
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對象字典映射：將CAN ID與PDO/SDO映射
// PDO通信參數配置 CO_OD_configure(CO->SDO, 0x1400, 0x01, 0x00000200 + 0x123); // PDO1映射到ID 0x123 -
心跳管理：周期性發送節點狀態
void Send_Heartbeat(void) {uint8_t hb_msg[1] = {0x05}; // 運行狀態CAN_SendMessage(0x700 + node_id, hb_msg, 1); }
2. 雙CAN冗余設計
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硬件連接：兩個CAN控制器并聯，共用總線
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故障切換邏輯：
if(CAN1_Status == ERROR) {HAL_CAN_Stop(&hcan1);HAL_CAN_Start(&hcan2); // 切換到CAN2 }
3. 總線診斷與錯誤處理
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錯誤計數器監控：
uint32_t err_code = hcan.Instance->ESR; uint8_t rec = (err_code & CAN_ESR_REC) >> 24; // 接收錯誤計數器 uint8_t tec = (err_code & CAN_ESR_TEC) >> 16; // 發送錯誤計數器 -
總線狀態判斷：
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Error Active：TEC/REC < 128
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Error Passive：TEC/REC ≥ 128
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Bus Off：TEC ≥ 256
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五、調試與優化技巧
1. 硬件調試要點
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終端電阻：總線兩端需接120Ω電阻
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信號質量檢測：
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示波器測量CAN_H與CAN_L差分信號
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確保顯性電平1.5-3V，隱性電平<0.5V
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2. 軟件調試工具
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CAN分析儀：使用PCAN-USB或周立功CAN卡捕獲報文
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STM32CubeMonitor：實時監控CAN總線負載率
3. 性能優化策略
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DMA傳輸：使用DMA處理大批量數據
HAL_CAN_Start_DMA(&hcan, CAN_RX_FIFO0); -
郵箱優先級：重要數據使用高優先級郵箱發送
tx_header.TxPriority = CAN_TXPRIORITY_HIGH; // 設置發送優先級
總結
STM32 CAN模塊為工業控制、汽車電子等場景提供可靠通信解決方案，開發時需注意：
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正確配置波特率：確保所有節點時鐘參數一致
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合理使用過濾器：減少CPU中斷負載
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錯誤處理機制：監控ESR寄存器，實現故障恢復
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協議棧集成：結合CANopen等高層協議提升開發效率
示例代碼基于STM32 HAL庫實現，實際開發中需根據具體型號調整寄存器配置。對于高實時性要求場景，可結合FreeRTOS任務管理CAN通信，確保關鍵報文及時處理。
