嵌入式技术小博客

如何通过STM32实现CAN总线通信的详细步骤？

作者：

admin2025

在

摘要：文章详细介绍了通过STM32微控制器实现CAN总线高效通信的方法。首先列举了必需的硬件组件及其连接步骤，强调了注意事项。接着，阐述了开发环境的搭建与配置，包括IDE选择和驱动安装。随后，讲解了STM32引脚配置与外设设置的具体操作。最后，深入解析了CAN总线通信协议，并提供了初始化、发送与接收的代码示例。通过这些步骤，读者可全面掌握STM32与CAN总线通信的技术要点。

STM32实战：详解如何实现CAN总线高效通信

在现代嵌入式系统和汽车电子领域，CAN总线通信如同一条无形的纽带，以其高可靠性和灵活性，连接着无数智能设备，成为行业不可或缺的核心技术。你是否曾对如何通过STM32微控制器实现这一高效通信感到困惑？本文将为你揭开这一技术的神秘面纱，从硬件准备与连接，到开发环境的搭建与配置，再到STM32引脚配置与外设设置，以及CAN总线通信协议的深入解析与代码实现，我们将一步步带你走进STM32与CAN总线通信的世界。跟随我们的步伐，你将全面掌握这一关键技术，为你的项目注入强大的通信能力。现在，让我们首先从硬件准备与连接开始，踏上这场技术探索之旅吧！

1. 硬件准备与连接

1.1. 必需硬件组件清单

在开始通过STM32实现CAN总线通信之前，必须确保拥有以下硬件组件，以确保整个实验或项目的顺利进行：

  1. STM32微控制器开发板：
    • 选择一款支持CAN总线的STM32系列开发板，如STM32F103、STM32F407等。这些开发板通常集成了CAN控制器，便于进行CAN通信。
    • 例如，STM32F103C8T6开发板因其性价比高、资源丰富而广受欢迎。
  2. CAN转换器模块：
    • 用于将STM32的CAN信号转换为标准CAN总线信号。常见的模块有SN65HVD230、TJA1050等。
    • 例如，SN65HVD230模块能够提供高达1Mbps的传输速率，适用于大多数CAN通信场景。
  3. CAN总线连接线：
    • 标准的CAN总线连接线，通常为双绞线，如屏蔽双绞线（STP）或非屏蔽双绞线（UTP）。
    • 建议使用符合ISO 11898标准的线缆，以确保通信的稳定性和可靠性。
  4. 电源模块：
    • 为STM32开发板和CAN转换器模块提供稳定的电源供应。常见的电源模块有5V或3.3V输出。
    • 例如，使用LM7805稳压模块可以为整个系统提供稳定的5V电源。
  5. 调试工具：
    • 如ST-Link调试器，用于下载和调试STM32程序。
    • ST-Link/V2是常用的调试工具，支持SWD和JTAG接口，方便程序烧录和调试。
  6. 终端电阻：
    • CAN总线两端需要接入120Ω的终端电阻，以减少信号反射，确保通信质量。
    • 终端电阻的选择应遵循CAN总线规范，确保阻抗匹配。

确保以上硬件组件齐全，是进行STM32 CAN总线通信的基础。每个组件的选择和使用都直接影响到通信的稳定性和效率。

1.2. 硬件连接与注意事项

在进行硬件连接时，必须严格按照规范操作，以确保CAN总线通信的稳定性和可靠性。以下是详细的连接步骤和注意事项：

  1. STM32开发板与CAN转换器模块的连接：
    • 将STM32开发板上的CAN_TX和CAN_RX引脚分别连接到CAN转换器模块的TX和RX引脚。
    • 例如，在STM32F103C8T6开发板上，PB9用作CAN_TX，PB8用作CAN_RX，需对应连接到SN65HVD230模块的相应引脚。
  2. CAN总线连接线的接法：
    • 将CAN转换器模块的CAN_H和CAN_L引脚分别连接到CAN总线连接线的对应线上。
    • 确保使用标准的双绞线，并且线缆长度和走线方式符合CAN总线规范，避免过长或绕线过多导致的信号衰减。
  3. 电源连接：
    • 为STM32开发板和CAN转换器模块提供稳定的电源。确保电源电压和电流符合各模块的要求。
    • 例如，使用LM7805稳压模块输出5V电源，连接到开发板和CAN转换器模块的电源输入端。
  4. 终端电阻的接入：
    • 在CAN总线的两端各接入一个120Ω的终端电阻，以减少信号反射，提高通信质量。
    • 确保终端电阻的接入位置正确，避免中间节点接入电阻导致的通信问题。
  5. 调试工具的连接：
    • 使用ST-Link调试器连接到STM32开发板的SWD或JTAG接口，用于程序下载和调试。
    • 确保调试工具与开发板的连接稳固，避免接触不良导致的调试问题。

注意事项：

  • 防静电处理：在连接硬件时，注意防静电操作，避免静电损坏敏感电子元件。
  • 接地处理：确保所有模块的接地良好，避免因接地不良导致的通信干扰。
  • 信号完整性：在布线时，注意避免高频信号干扰，确保CAN总线信号的完整性。
  • 电源稳定性：电源的稳定性和纯净度对CAN通信至关重要，建议使用高质量的稳压电源。

通过以上详细的硬件连接和注意事项，可以确保STM32与CAN总线通信的硬件基础稳固，为后续的软件配置和通信测试打下良好的基础。

2. 开发环境搭建与配置

在实现STM32的CAN总线通信之前，搭建一个稳定且高效的开发环境是至关重要的。本章节将详细介绍如何选择合适的IDE与工具链，以及如何进行驱动安装与开发环境配置。

2.1. 选择合适的IDE与工具链

选择IDE的重要性

选择一个合适的集成开发环境（IDE）对于提高开发效率和代码质量至关重要。对于STM32开发，常用的IDE有Keil MDK-ARM、IAR Embedded Workbench和STM32CubeIDE。每种IDE都有其独特的优势和适用场景。

Keil MDK-ARM

Keil MDK-ARM是由ARM公司官方推荐的IDE，支持广泛的ARM Cortex-M系列微控制器。其优点包括：

  • 高效的代码编译器：Keil的编译器优化能力强，生成的代码体积小，执行效率高。
  • 丰富的调试功能：支持多种调试方式，如实时跟踪、断点设置等。
  • 广泛的硬件支持：兼容多种STM32系列芯片。

IAR Embedded Workbench

IAR Embedded Workbench以其高性能的编译器和友好的用户界面著称。其主要特点包括：

  • 强大的编译优化：IAR的编译器在代码优化方面表现优异，特别适合对代码体积和执行速度有严格要求的场合。
  • 全面的调试工具：提供详细的调试信息，便于开发者快速定位问题。
  • 跨平台支持：支持Windows和Linux操作系统。

STM32CubeIDE

STM32CubeIDE是ST公司官方推出的IDE，专为STM32系列微控制器设计。其优势在于：

  • 集成度高：集成了STM32CubeMX配置工具，方便进行芯片配置和初始化代码生成。
  • 免费使用：对个人和商业用户免费，降低了开发成本。
  • 官方支持：获得ST官方的技术支持和更新。

推荐选择

对于初学者和中小型项目，推荐使用STM32CubeIDE，因其集成度高且免费。对于需要高性能编译和复杂调试功能的项目，Keil MDK-ARM和IAR Embedded Workbench是更好的选择。

2.2. 驱动安装与开发环境配置

驱动安装

在开始开发之前，需要安装STM32的驱动程序，以确保开发板与计算机能够正常通信。以下是以STM32CubeIDE为例的驱动安装步骤：

  1. 下载STM32CubeIDE：从ST官网下载最新版本的STM32CubeIDE安装包。
  2. 安装IDE：按照安装向导完成STM32CubeIDE的安装，期间会自动安装必要的驱动程序。
  3. 连接开发板：使用USB线将STM32开发板连接到计算机，系统会自动识别并安装相应的驱动。

开发环境配置

配置开发环境是确保项目顺利进行的关键步骤。以下是在STM32CubeIDE中进行环境配置的具体步骤：

  1. 创建新项目：
    • 打开STM32CubeIDE，选择“File” -> “New” -> “STM32 Project”。
    • 选择对应的STM32芯片型号，如STM32F103C8T6。
    • 配置项目名称和存储路径，点击“Finish”完成创建。
  2. 配置芯片参数：
    • 在项目创建后，STM32CubeMX会自动启动，用于配置芯片的引脚、时钟、外设等参数。
    • 配置CAN接口：在“Pinout & Configuration”标签页中，启用CAN接口，并配置相应的引脚。
    • 配置时钟：确保CAN接口使用的时钟源和频率设置正确。
  3. 生成初始化代码：
    • 在STM32CubeMX中完成配置后，点击“Project” -> “Generate Code”生成初始化代码。
    • 生成的代码会自动添加到项目中，包含芯片初始化和配置的相关代码。
  4. 编写CAN通信代码：
    • 在项目中创建新的源文件，编写CAN初始化、发送和接收数据的代码。
    • 示例代码如下： void CAN_Init(void) { CAN_HandleTypeDef hcan; hcan.Instance = CAN1; hcan.Init.Prescaler = 16; hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ; hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_1TQ; hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_1TQ; hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE; hcan.Init.AutoBusOff = DISABLE; hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE; hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE; hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE; hcan.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE; if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK) { // Initialization Error } }
  5. 编译与下载：
    • 点击“Build”按钮编译项目，确保无编译错误。
    • 使用调试器将编译好的程序下载到STM32开发板。

通过以上步骤，即可完成STM32开发环境的搭建与配置，为后续的CAN总线通信开发奠定基础。

3. STM32引脚配置与外设设置

在实现STM32的CAN总线通信过程中，引脚配置和外设设置是至关重要的步骤。本章节将详细讲解如何进行CAN引脚配置以及相关外设的初始化与配置。

3.1. CAN引脚配置方法

引脚选择与功能分配

STM32微控制器通常具有专用的CAN引脚，通常标记为CAN_TX和CAN_RX。例如，在STM32F103系列中，CAN_TX和CAN_RX通常分别对应于PA12和PA11引脚。首先，需要查阅所选STM32系列的数据手册，确认具体的引脚分配。

引脚模式配置

  1. GPIO模式配置：将CAN_TX和CAN_RX引脚配置为复用功能模式（AF）。在STM32F103中，可以通过设置GPIOA的MODER寄存器来实现。 GPIOA->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODE11 | GPIO_MODER_MODE12); GPIOA->MODER |= (GPIO_MODER_MODE11_1 | GPIO_MODER_MODE12_1);
  2. 输出类型与速度配置：为了保证通信的稳定性和可靠性，通常需要将引脚配置为推挽输出，并设置适当的输出速度。 GPIOA->OTYPER &= ~(GPIO_OTYPER_OT11 | GPIO_OTYPER_OT12); GPIOA->OSPEEDR |= (GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR11 | GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR12);
  3. 上下拉配置：根据实际电路设计，可能需要配置上下拉电阻。通常情况下，CAN引脚不使用上下拉。 GPIOA->PUPDR &= ~(GPIO_PUPDR_PUPD11 | GPIO_PUPDR_PUPD12);
  4. 复用功能选择：最后，需要配置引脚的复用功能，选择CAN功能。 GPIOA->AFR[1] &= ~(GPIO_AFRH_AFRH11 | GPIO_AFRH_AFRH12); GPIOA->AFR[1] |= (GPIO_AFRH_AFRH11_0 | GPIO_AFRH_AFRH12_0);

通过以上步骤，CAN引脚配置完成，为后续的CAN通信奠定了基础。

3.2. 相关外设初始化与配置

CAN外设时钟配置

首先，需要启用CAN外设的时钟。在STM32F103中，CAN时钟由APB1总线提供。

RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN;

CAN外设复位

在配置CAN外设之前，通常需要对其进行复位，以确保其处于初始状态。

RCC->APB1RSTR |= RCC_APB1RSTR_CAN1RST; RCC->APB1RSTR &= ~RCC_APB1RSTR_CAN1RST;

CAN波特率配置

CAN通信的波特率配置是关键步骤。波特率由预分频器（BRP）、时间段1（TS1）和时间段2（TS2）共同决定。假设系统时钟为72MHz，配置为500Kbps的波特率，可以如下设置：

CAN1->BTR = (CAN_BTR_TS1_3 | CAN_BTR_TS2_1) | ((72 - 1) << CAN_BTR_BRP_Pos);

滤波器配置

CAN通信中，滤波器用于筛选接收到的报文。STM32提供了多种滤波模式，如单滤波模式和双滤波模式。以下为单滤波模式的配置示例：

CAN1->FMR |= CAN_FMR_FINIT; CAN1->FM1R &= ~CAN_FM1R_FBM0; CAN1->FS1R |= CAN_FS1R_FSC0; CAN1->FFA1R &= ~CAN_FFA1R_FFA0; CAN1->FA1R |= CAN_FA1R_FACT0;

CAN1->sFilterRegister[0].FR1 = 0x00000000; // 标准ID CAN1->sFilterRegister[0].FR2 = 0x00000000; // 标准ID掩码 CAN1->FMR &= ~CAN_FMR_FINIT;

中断配置

为了处理CAN通信中的各种事件，通常需要配置中断。例如，配置接收中断：

NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn); CAN1->IER |= CAN_IER_FMPIE0;

通过以上步骤，STM32的CAN外设初始化与配置完成，为后续的CAN通信提供了必要的硬件支持。

通过详细讲解引脚配置和外设设置，本章节为读者提供了实现STM32 CAN总线通信的坚实基础。下一章节将深入探讨CAN通信的实际应用与调试方法。

4. CAN总线通信协议与代码实现

4.1. CAN总线通信协议基础

CAN总线通信协议基础

CAN（Controller Area Network）总线是一种用于实时应用的串行通信协议，广泛应用于汽车、工业自动化等领域。其核心优势在于高可靠性、抗干扰能力强和灵活的数据传输速率。

协议结构：

  • 帧类型：CAN协议定义了四种帧类型：数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。数据帧用于传输数据，远程帧用于请求特定数据，错误帧用于指示错误，过载帧用于延长帧间间隔。
  • 标识符：每个CAN帧都包含一个标识符（ID），用于标识帧的优先级和来源。标准格式为11位，扩展格式为29位。
  • 数据段：数据帧包含0-8字节的数据段，适用于不同应用场景。
  • CRC校验：帧尾包含一个15位的CRC校验码，用于检测传输错误。

仲裁机制：

  • CAN总线采用非破坏性仲裁机制，即当多个节点同时发送数据时，优先级高的帧（ID较小的帧）会优先发送，其他节点自动退避，确保高优先级数据的实时传输。

错误处理：

  • CAN协议具备强大的错误检测和处理能力，包括位错误、填充错误、CRC错误等。一旦检测到错误，节点会发送错误帧，通知其他节点并重传数据。

应用实例： 在汽车电子系统中，CAN总线用于连接发动机控制单元、刹车系统、仪表盘等，确保各模块间的实时数据交换。例如，发动机控制单元通过CAN总线发送转速数据，仪表盘接收并显示相关信息。

4.2. 代码编写：初始化、发送与接收

代码编写：初始化、发送与接收

在STM32平台上实现CAN总线通信，需进行硬件初始化、配置通信参数、编写发送和接收函数。以下详细介绍各步骤。

初始化：

  1. 硬件配置：
    • 使能CAN时钟：通过RCC（Reset and Clock Control）模块使能CAN接口的时钟。
    • 配置GPIO：将CAN_TX和CAN_RX引脚配置为复用功能模式，并设置相应的速率和上下拉电阻。
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  2. CAN参数配置：
    • 初始化CAN结构体，设置波特率、工作模式等。
    • 配置过滤器，确保只接收特定ID的数据帧。
    CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure; CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE; CAN_InitStructure.CAN_ABOM = ENABLE; CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE; CAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE; CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE; CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE; CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal; CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq; CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_9tq; CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_8tq; CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 500; CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);

发送数据：

  1. 创建发送邮箱：
    • 使用CAN发送邮箱（Mailbox）发送数据帧。
    • 设置帧类型、标识符和数据长度。
    CanTxMsg TxMessage; TxMessage.StdId = 0x321; TxMessage.ExtId = 0x01; TxMessage.IDE = CAN_ID_STD; TxMessage.RTR = CAN_RTR_DATA; TxMessage.DLC = 2; TxMessage.Data[0] = 0x12; TxMessage.Data[1] = 0x34; CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);

接收数据：

  1. 配置接收中断：
    • 使能CAN接收中断，确保及时处理接收到的数据帧。
    • 在中断服务函数中读取接收邮箱的数据。
    CAN_ITConfig(CAN1, CAN_IT_FMP0, ENABLE); void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void) { CanRxMsg RxMessage; CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage); // 处理接收到的数据 }

案例应用： 在工业控制系统中，STM32通过CAN总线与多个传感器节点通信。例如，温度传感器节点定期发送温度数据，STM32接收并处理这些数据，实现实时监控和控制。

通过以上步骤，STM32即可实现CAN总线通信，确保数据的可靠传输和实时处理。

结论

通过本文的系统讲解，读者已全面掌握利用STM32实现CAN总线高效通信的各个环节。从硬件准备与连接，到开发环境的搭建与配置，再到STM32引脚配置与外设设置，以及CAN总线通信协议的代码实现，每一步都环环相扣，缺一不可。这些技能不仅显著提升了嵌入式系统开发的能力，更为汽车电子和工业控制等领域的实际应用奠定了坚实基础。掌握CAN总线通信技术，对于提升系统可靠性和实时性具有重要意义。未来，随着物联网和智能设备的不断发展，CAN总线通信的应用前景将更加广阔。希望本文能为您的项目实践提供有力支持，助您在嵌入式系统开发领域取得更大突破。

更多文章