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CAN(Controller Area Network,控制器局域网)是一种多主方式的串行通信总线,最初由Bosch公司为汽车电子系统开发,现已广泛应用于工业自动化、医疗设备、航空航天等领域。CAN总线具有高可靠性、实时性强、抗干扰能力强等优点,特别适合在恶劣环境下进行多节点通信。ST…简介CAN(Controller Area Network,控制器局域网)是一种多主方式的串行通信总线,最初由Bosch公司为汽车电子系统开发,现已广泛应用于工业自动化、医疗设备、航空航天等领域。CAN总线具有高可靠性、实时性强、抗干扰能力强等优点,特别适合在恶劣环境下进行多节点通信。STM32F407 系列芯片提供了 2 个 CAN 接口(CAN1、CAN2),支持 CAN 2.0A 和 CAN 2.0B 协议,支持标准和扩展帧格式,可连接多个 CAN 设备。本文从 CAN 的基本原理出发,详细讲解 STM32F407 CAN 的配置方法、代码实现、通信协议以及实际应用案例,帮助你快速掌握 CAN 通信技术。一、CAN核心概念与分类1.1 基本概念CAN 是一种多主方式的串行通信总线,其主要特点包括:多主架构:所有节点都可以主动发送数据仲裁机制:当多个节点同时发送数据时,通过仲裁机制决定总线控制权错误检测:内置CRC校验、位错误检测、帧错误检测等多种错误检测机制高可靠性:具有自动重发、错误隔离等功能,通信可靠性高实时性强:支持优先级仲裁,高优先级消息优先传输关键参数:波特率:每秒传输的二进制位数,常见值有 125kbps、250kbps、500kbps、1Mbps 等帧格式:标准帧(11位ID)和扩展帧(29位ID)数据长度:每个数据帧可传输 0-8 字节数据验收滤波:通过验收滤波器过滤不需要的消息1.2 STM32F407 的 CAN 资源STM32F407 系列芯片提供了 2 个 CAN 接口(CAN1、CAN2):CAN引脚最大通信速率适用场景CAN1PA11(RX), PA12(TX) 或 PD0(RX), PD1(TX)1Mbps主要CAN接口CAN2PB5(RX), PB6(TX) 或 PB12(RX), PB13(TX)1Mbps辅助CAN接口关键特性:支持 CAN 2.0A 和 CAN 2.0B 协议支持标准和扩展帧格式支持 0-8 字节数据长度支持 2 个验收滤波器组(CAN1)或 4 个验收滤波器组(CAN2)支持 DMA 传输支持时间触发通信支持总线错误管理二、CAN通信协议2.1 帧格式CAN 总线支持两种帧格式:标准帧(11位ID):帧起始:1 位,显性电平仲裁场:12 位(11 位 ID + 1 位 RTR)控制场:6 位(IDE 位 + 保留位 + DLC)数据场:0-64 位(0-8 字节数据)CRC 场:16 位(15 位 CRC + 1 位 CRC 界定符)ACK 场:2 位(ACK 槽 + ACK 界定符)帧结束:7 位,隐性电平扩展帧(29位ID):帧起始:1 位,显性电平仲裁场:32 位(11 位基础 ID + 1 位 SRR + 1 位 IDE + 18 位扩展 ID + 1 位 RTR)控制场:6 位(保留位 + DLC)数据场:0-64 位(0-8 字节数据)CRC 场:16 位(15 位 CRC + 1 位 CRC 界定符)ACK 场:2 位(ACK 槽 + ACK 界定符)帧结束:7 位,隐性电平2.2 仲裁机制CAN 总线采用基于消息优先级的仲裁机制:仲裁原理:当多个节点同时发送数据时,通过仲裁场决定总线控制权ID 值越小,优先级越高如果某个节点发送的位与总线状态不一致,则该节点停止发送,变为接收状态最终优先级最高的节点获得总线控制权示例:节点 A 发送 ID = 0x123节点 B 发送 ID = 0x456节点 C 发送 ID = 0x789由于 0x123 0x456 0x789,节点 A 的优先级最高,获得总线控制权2.3 错误检测与处理CAN 总线具有多种错误检测机制:错误类型:位错误:发送的位与总线状态不一致格式错误:帧格式不符合规范ACK 错误:发送节点未收到 ACK 槽CRC 错误:CRC 校验失败填充错误:位填充错误错误处理:主动错误状态:节点正常工作,可以发送和接收数据被动错误状态:节点检测到错误,但仍可以接收数据总线关闭状态:节点检测到严重错误,停止发送数据三、CAN配置与代码实现3.1 标准库配置步骤以 CAN1 为例,使用标准库配置 CAN 的基本步骤:使能 CAN 时钟和 GPIO 时钟配置 GPIO 为复用功能配置 CAN 基本参数(波特率、工作模式等)配置验收滤波器使能 CAN配置中断(可选)3.2 代码实现(CAN1,500kbps)#include"stm32f4xx.h"/** * @brief 初始化CAN1 * @param 无 * @retval 无 */voidCAN1_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 1. 使能时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);// 2. 配置GPIOGPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);// 3. 将GPIO引脚连接到CAN1GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource11,GPIO_AF_CAN1);// RXGPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource12,GPIO_AF_CAN1);// TX// 4. 配置CAN1CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;// 时间触发通信模式CAN_InitStructure.CAN_ABOM=ENABLE;// 自动离线管理CAN_InitStructure.CAN_AWUM=ENABLE;// 自动唤醒模式CAN_InitStructure.CAN_NART=DISABLE;// 非自动重发CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;// 接收FIFO锁定模式CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;// 发送FIFO优先级CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_Normal;// 正常模式CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;// 重新同步跳转宽度CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_6tq;// 时间段1CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_8tq;// 时间段2CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=4;// 预分频系数CAN_Init(CAN1,CAN_InitStructure);// 5. 配置验收滤波器CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale