STM32 CAN通信 HAL库实战教程：从零到测试成功

STM32 CAN通信 HAL库实战教程：从零到测试成功

<我打印的是陀螺仪的数据>

目录

1. 简介：为什么学习CAN通信
2. CAN通信基础概念
3. STM32 CAN硬件配置
4. CAN初始化详解
5. CAN数据发送实现
6. CAN数据接收实现
7. 测试与验证方法
8. 常见问题与解决
9. 总结与拓展

1. 简介：为什么学习CAN通信

在嵌入式系统中，CAN（Controller Area Network）总线是汽车电子、工业控制和物联网设备中不可或缺的通信协议。与UART、SPI等串行通信相比，CAN总线具有以下显著优势：

• 多主多从架构，支持多节点通信
• 内置错误检测和自动重传机制
• 高可靠性，适合嘈杂的工业环境
• 基于优先级的报文仲裁机制

本教程将基于STM32 HAL库，手把手教你实现CAN通信功能。我们不讲空洞的理论，直接上代码，目标是让你的开发板在1小时内实现可靠的CAN数据传输。

2. CAN通信基础概念

在深入代码之前，我们需要掌握几个关键概念：

2.1 CAN帧结构

CAN协议定义了两种帧格式：

• 标准帧（11位标识符）
• 扩展帧（29位标识符）

每帧数据包含：

• 标识符（决定数据优先级）
• 控制字段（包含数据长度码DLC）
• 数据字段（最多8字节）
• CRC校验字段
• 应答字段（接收节点在此确认收到）

2.2 CAN通信模式

• 正常模式：完整参与总线通信和错误检测
• 只听模式：接收数据但不参与总线活动
• 回环模式：发送的数据直接回传到接收缓冲区（用于自测试）

2.3 波特率计算

CAN波特率由以下参数决定：

• 时钟预分频（Prescaler）
• 同步跳变宽度（SJW）
• 时间段1（TimeSeg1，采样点前时间）
• 时间段2（TimeSeg2，采样点后时间）

公式：Tbit = (Prescaler × (TimeSeg1 + TimeSeg2 + 1)) / APB Clock

3. STM32 CAN硬件配置

3.1 CAN引脚配置

STM32F1系列的CAN引脚映射：

• CAN1_RX：PA11 或 PB8
• CAN1_TX：PA12 或 PB9

推荐使用PA11和PA12，因为它们属于低密度引脚，冲突可能性更低。

3.2 电路连接

基本连接要求：

• CAN_H和CAN_L需要通过终端电阻（通常120Ω）连接
• STM32的CAN引脚通过收发器芯片（如TJA1050）连接到CAN总线
• 电源部分需要做好滤波处理

3.3 外围设备配置

在STM32CubeMX中：

1. 使能CAN1外设
2. 配置CAN引脚为复用功能
3. 设置CAN过滤器模式

4. CAN初始化详解

// CAN 初始化函数
void MyCAN_Init(void)
{// 1. 使能时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();// 2. 配置GPIO引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};// RX引脚配置 (PA11)GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// TX引脚配置 (PA12)GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;  // 复用推挽输出GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);// 3. 配置CAN参数CAN_HandleTypeDef hcan;hcan.Instance = CAN1;hcan.Init.Prescaler = 48;  // 时钟预分频hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_2TQ;hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_2TQ;hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ;HAL_CAN_Init(&hcan);// 4. 配置过滤器CAN_FilterTypeDef canfilterconfig;canfilterconfig.FilterBank = 0;canfilterconfig.FilterIdHigh = 0x0000;canfilterconfig.FilterIdLow = 0x0000;canfilterconfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000;canfilterconfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;canfilterconfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;canfilterconfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;canfilterconfig.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;canfilterconfig.FilterActivation = CAN_FILTER_ENABLE;HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &canfilterconfig);// 5. 启动CAN并启用中断HAL_CAN_Start(&hcan);HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
}

关键参数解释

• Prescaler：时钟预分频系数，决定位时钟周期
• SyncJumpWidth：同步跳变宽度，影响位定时同步
• TimeSeg1和TimeSeg2：决定采样点位置，通常TimeSeg1 + TimeSeg2 = 8TQ（时间量子）

5. CAN数据发送实现

void MyCAN_Transmit(uint32_t ID, uint8_t Length, uint8_t *Data)
{CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;uint32_t TxMailbox;// 配置发送帧头TxHeader.StdId = ID;TxHeader.ExtId = ID;TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;  // 标准帧TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;  // 数据帧TxHeader.DLC = Length;TxHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;// 发送数据并等待完成if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &TxHeader, Data, &TxMailbox) != HAL_OK)return;// 等待发送完成或超时uint32_t Timeout = 0;while (HAL_CAN_IsTxMessagePending(&hcan, TxMailbox)){if (++Timeout > 100000)break;}
}

使用方法

uint8_t data[] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44};
MyCAN_Transmit(0x123, 4, data);

6. CAN数据接收实现

uint8_t MyCAN_ReceiveFlag(void)
{return HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&hcan, CAN_RX_FIFO0) > 0;
}void MyCAN_Receive(uint32_t *ID, uint8_t *Length, uint8_t *Data)
{CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;if (HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, Data) != HAL_OK)return;// 解析标识符*ID = RxHeader.IDE == CAN_ID_STD ? RxHeader.StdId : RxHeader.ExtId;// 获取数据长度*Length = RxHeader.DLC;
}

使用方法

uint32_t rx_id;
uint8_t rx_len, rx_data[8];if (MyCAN_ReceiveFlag()) {MyCAN_Receive(&rx_id, &rx_len, rx_data);// 处理接收到的数据
}

7. 测试与验证方法

测试环境搭建

1. 使用两块STM32开发板
2. 通过CAN总线连接（确保终端电阻正确）
3. 使用PCAN分析工具或串口调试工具监控通信

测试步骤

1. 在主函数中调用MyCAN_Init()初始化CAN
2. 使用MyCAN_Transmit()发送测试数据
3. 在接收端使用MyCAN_ReceiveFlag()和MyCAN_Receive()接收数据
4. 验证数据完整性、标识符和顺序

常见测试场景

• 单次发送接收测试
• 连续发送压力测试
• 不同波特率兼容性测试
• 异常帧处理测试

8. 常见问题与解决

问题1：无法接收到数据

• 检查引脚配置是否正确（注意复用功能是否使能）
• 确认波特率设置是否一致
• 检查过滤器配置是否允许接收该ID
• 确认CAN总线终端电阻是否连接正确

问题2：数据发送后无响应

• 检查Tx引脚是否配置为复用推挽输出
• 确认发送函数中TxMailbox是否正确
• 检查CAN初始化是否成功
• 使用CAN分析工具观察总线状态

问题3：接收数据错误

• 检查数据长度码（DLC）是否正确
• 确认接收缓冲区是否足够大
• 检查发送端数据是否正确填充
• 确认接收函数是否正确解析标识符

调试技巧

• 使用HAL_CAN_ActivateNotification()启用中断通知
• 实现CAN错误回调函数进行错误处理
• 使用逻辑分析仪观察CAN_H和CAN_L信号

9. 总结与拓展

通过本教程，我们完整实现了STM32基于HAL库的CAN通信功能。从硬件配置到软件实现，再到测试验证，我们掌握了CAN通信的核心技术。

拓展方向

1. 实现基于CAN的自定义协议栈
2. 开发CAN数据加密传输功能
3. 设计CAN网络故障诊断系统
4. 优化CAN通信的实时性能

希望本教程能帮助你在嵌入式开发中高效利用CAN总线技术。如果有任何问题，欢迎在评论区交流！

开发环境：STM32CubeIDE 1.10.0 | 目标芯片：STM32F103C8T6 | 波特率：500kbps (APB Clock = 72MHz)

通过实际项目验证的代码，直接复制到你的工程即可运行！