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前言

CAN（Controller Area Network）是一種高可靠性、多主機的串行通信協議，廣泛應用于汽車電子、工業控制等領域。STM32F103RCT6內置了bxCAN控制器（Basic Extended CAN），支持CAN 2.0A/B標準。以下是詳細協議解析及代碼實現。

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1. CAN協議基礎

1.1 物理層特性

差分信號線

CAN_H（高電平線）
CAN_L（低電平線）

終端電阻

終端電阻：120Ω（兩端各一個，抑制反射）。

通信速率

通信速率：最高1 Mbps（常見波特率：125kbps、250kbps、500kbps）。

總線拓撲

總線拓撲：線性總線結構，支持多節點（最多110個節點）。

1.2 幀類型

幀類型 用途
數據幀 傳輸實際數據（核心幀類型）
遠程幀 請求其他節點發送數據
錯誤幀 報告通信錯誤
過載幀 通知節點延遲響應

1.3 數據幀格式

[幀起始] [仲裁段] [控制段] [數據段] [CRC段] [ACK段] [幀結束]
仲裁段：
標準幀（11位ID）：CAN 2.0A。
擴展幀（29位ID）：CAN 2.0B。
數據段：0~8字節有效載荷。

2. STM32F103RCT6的CAN硬件配置

2.1 硬件連接

CAN信號 STM32引腳 說明
CAN_RX PA11 接收引腳
CAN_TX PA12 發送引腳
CAN_H 連接總線 高電平線
CAN_L 連接總線 低電平線
終端電阻 120Ω 接在總線兩端

2.2 CubeMX配置

啟用CAN1

模式

模式：Normal（正常模式）。

波特率

波特率：500kbps（時鐘分頻需匹配APB1時鐘，默認36MHz）。

引腳分配

引腳分配：

CAN_RX → PA11
CAN_TX → PA12

過濾器配置（可選）

設置接收過濾器（如僅接收特定ID的幀）。

3. HAL庫代碼實現

3.1 CAN初始化

#include "stm32f1xx_hal.h"CAN_HandleTypeDef hcan;void MX_CAN_Init(void) {hcan.Instance = CAN1;hcan.Init.Prescaler = 9;          // 波特率 = 36MHz / (Prescaler * (1 + BS1 + BS2)) = 500kbpshcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;  // 正常模式（非環回）hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ;  // BS1 = 4時間單位hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ;  // BS2 = 3時間單位hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;hcan.Init.AutoBusOff = DISABLE;hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE;hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE; // 自動重傳hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;hcan.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK) {Error_Handler();}}

3.2 發送CAN數據幀

void CAN_Send(uint32_t id, uint8_t *data, uint8_t len) {CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;uint32_t tx_mailbox;tx_header.StdId = id;           // 標準ID（11位）tx_header.ExtId = 0;            // 擴展ID（未使用）tx_header.IDE = CAN_ID_STD;     // 標準幀tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA;   // 數據幀tx_header.DLC = len;            // 數據長度（0~8）tx_header.TransmitGlobalTime = DISABLE;if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &tx_header, data, &tx_mailbox) != HAL_OK) {Error_Handler();}
}// 示例：發送8字節數據（ID=0x123）
uint8_t msg[8] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08};
CAN_Send(0x123, msg, 8);

3.3 接收CAN數據幀（中斷模式）

CAN_RxHeaderTypeDef rx_header;
uint8_t rx_data[8];void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) {if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data) == HAL_OK) {printf("Received ID: 0x%03X, Data: ", rx_header.StdId);for (uint8_t i = 0; i < rx_header.DLC; i++) {printf("%02X ", rx_data[i]);}printf("\n");}
}// 主函數中啟用接收中斷
int main(void) {HAL_Init();MX_CAN_Init();HAL_CAN_Start(&hcan);HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);while (1) { /* 其他任務 */ }
}

4. 過濾器配置（接收特定ID）

CAN控制器通過過濾器篩選接收的幀。以下配置僅接收ID=0x123的幀：

CAN_FilterTypeDef filter;filter.FilterBank = 0;                      // 過濾器組0
filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;  // 掩碼模式
filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; // 32位過濾
filter.FilterIdHigh = 0x123 << 5;           // ID高16位（左移5位對齊）
filter.FilterIdLow = 0x0000;                // ID低16位
filter.FilterMaskIdHigh = 0xFFFF;           // 掩碼高16位（全匹配）
filter.FilterMaskIdLow = 0x0000;            // 掩碼低16位
filter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; // 存入FIFO0
filter.FilterActivation = ENABLE;           // 啟用過濾器HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &filter);

5. 波特率計算

CAN波特率由以下公式決定：
波特率= Prescaler×(BS1+BS2+1)
APB1時鐘：STM32F103默認36MHz。
BS1：TimeSeg1（例中為4）。
BS2：TimeSeg2（例中為3）。
Prescaler：分頻系數（例中為9）。

6. 常見問題與調試

6.1 通信失敗原因

波特率不匹配

波特率不匹配：確保所有節點波特率一致。

終端電阻缺失

終端電阻缺失：總線兩端需接120Ω電阻。

ID沖突

ID沖突：避免多個節點使用相同ID發送。

硬件連接錯誤

硬件連接錯誤：檢查CAN_H/CAN_L是否接反。

6.2 邏輯分析儀抓包

使用CAN分析儀（如PCAN-USB）或示波器觀察：
差分信號電平（CAN_H - CAN_L應為2V（顯性）或0V（隱性））。
幀結構：起始位、ID、數據等是否正常。

7. 完整示例：雙機通信

節點A（發送數據）

uint8_t data[8] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
CAN_Send(0x123, data, 4); // 發送ID=0x123的4字節數據

節點B（接收數據）

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) {HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // 收到數據后翻轉LED}
}

總結

硬件配置

硬件配置：正確設置波特率、過濾器。

數據收發

數據收發：使用HAL_CAN_AddTxMessage和中斷回調。

調試工具

調試工具：邏輯分析儀、CAN分析儀是關鍵。

應用場景

應用場景：汽車ECU通信、工業傳感器網絡等。
通過上述代碼，STM32F103RCT6可穩定實現CAN通信，適用于高可靠性要求的嵌入式系統。

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