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前言
CAN（Controller Area Network）是一种高可靠性、多主机的串行通信协议，广泛应用于汽车电子、工业控制等领域。STM32F103RCT6内置了bxCAN控制器（Basic Extended CAN），支持CAN 2.0A/B标准。以下是详细协议解析及代码实现。
1. CAN协议基础
1.1 物理层特性
差分信号线
CAN_H（高电平线）
CAN_L（低电平线）
终端电阻
终端电阻：120Ω（两端各一个，抑制反射）。
通信速率
通信速率：最高1 Mbps（常见波特率：125kbps、250kbps、500kbps）。
总线拓扑
总线拓扑：线性总线结构，支持多节点（最多110个节点）。
1.2 帧类型
帧类型 用途
数据帧 传输实际数据（核心帧类型）
远程帧 请求其他节点发送数据
错误帧 报告通信错误
过载帧 通知节点延迟响应
1.3 数据帧格式
[帧起始] [仲裁段] [控制段] [数据段] [CRC段] [ACK段] [帧结束]
仲裁段：
标准帧（11位ID）：CAN 2.0A。
扩展帧（29位ID）：CAN 2.0B。
数据段：0~8字节有效载荷。
2. STM32F103RCT6的CAN硬件配置
2.1 硬件连接
CAN信号 STM32引脚 说明
CAN_RX PA11 接收引脚
CAN_TX PA12 发送引脚
CAN_H 连接总线 高电平线
CAN_L 连接总线 低电平线
终端电阻 120Ω 接在总线两端
2.2 CubeMX配置
启用CAN1
模式
模式：Normal（正常模式）。
波特率
波特率：500kbps（时钟分频需匹配APB1时钟，默认36MHz）。
引脚分配
引脚分配：
CAN_RX → PA11
CAN_TX → PA12
过滤器配置（可选）
设置接收过滤器（如仅接收特定ID的帧）。
3. HAL库代码实现
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)) = 500kbps
hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常模式（非环回）
hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ; // BS1 = 4时间单位
hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ; // BS2 = 3时间单位
hcan.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
hcan.Init.AutoBusOff = DISABLE;
hcan.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
hcan.Init.AutoRetransmission = ENABLE; // 自动重传
hcan.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
hcan.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;
if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK) {
Error_Handler();
}
}
3.2 发送CAN数据帧
void CAN_Send(uint32_t id, uint8_t *data, uint8_t len) {
CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
uint32_t tx_mailbox;
tx_header.StdId = id; // 标准ID（11位）
tx_header.ExtId = 0; // 扩展ID（未使用）
tx_header.IDE = CAN_ID_STD; // 标准帧
tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA; // 数据帧
tx_header.DLC = len; // 数据长度（0~8）
tx_header.TransmitGlobalTime = DISABLE;
if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &tx_header, data, &tx_mailbox) != HAL_OK) {
Error_Handler();
}
}
// 示例：发送8字节数据（ID=0x123）
uint8_t msg[8] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08};
CAN_Send(0x123, msg, 8);
3.3 接收CAN数据帧（中断模式）
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");
}
}
// 主函数中启用接收中断
int main(void) {
HAL_Init();
MX_CAN_Init();
HAL_CAN_Start(&hcan);
HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
while (1) { /* 其他任务 */ }
}
4. 过滤器配置（接收特定ID）
CAN控制器通过过滤器筛选接收的帧。以下配置仅接收ID=0x123的帧：
CAN_FilterTypeDef filter;
filter.FilterBank = 0; // 过滤器组0
filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; // 掩码模式
filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; // 32位过滤
filter.FilterIdHigh = 0x123 << 5; // ID高16位（左移5位对齐）
filter.FilterIdLow = 0x0000; // ID低16位
filter.FilterMaskIdHigh = 0xFFFF; // 掩码高16位（全匹配）
filter.FilterMaskIdLow = 0x0000; // 掩码低16位
filter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; // 存入FIFO0
filter.FilterActivation = ENABLE; // 启用过滤器
HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &filter);
5. 波特率计算
CAN波特率由以下公式决定：
波特率= Prescaler×(BS1+BS2+1)
APB1时钟：STM32F103默认36MHz。
BS1：TimeSeg1（例中为4）。
BS2：TimeSeg2（例中为3）。
Prescaler：分频系数（例中为9）。
6. 常见问题与调试
6.1 通信失败原因
波特率不匹配
波特率不匹配：确保所有节点波特率一致。
终端电阻缺失
终端电阻缺失：总线两端需接120Ω电阻。
ID冲突
ID冲突：避免多个节点使用相同ID发送。
硬件连接错误
硬件连接错误：检查CAN_H/CAN_L是否接反。
6.2 逻辑分析仪抓包
使用CAN分析仪（如PCAN-USB）或示波器观察：
差分信号电平（CAN_H - CAN_L应为2V（显性）或0V（隐性））。
帧结构：起始位、ID、数据等是否正常。
7. 完整示例：双机通信
节点A（发送数据）
uint8_t data[8] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
CAN_Send(0x123, data, 4); // 发送ID=0x123的4字节数据
节点B（接收数据）
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); // 收到数据后翻转LED
}
}
总结
硬件配置
硬件配置：正确设置波特率、过滤器。
数据收发
数据收发：使用HAL_CAN_AddTxMessage和中断回调。
调试工具
调试工具：逻辑分析仪、CAN分析仪是关键。
应用场景
应用场景：汽车ECU通信、工业传感器网络等。
通过上述代码，STM32F103RCT6可稳定实现CAN通信，适用于高可靠性要求的嵌入式系统。