简单理解：CAN总线通信详解配置流程-育师

汽车电子和工业控制的"神经系统"

第一部分：CAN总线核心概念

CAN是什么？

CAN（Controller Area Network）就像汽车的"神经系统"：

双线差分：CAN_H和CAN_L两根线，抗干扰强
多主架构：任何节点都可以主动发送数据
优先级仲裁：ID小的优先发送，不会冲突
广播通信：一个发，所有节点都能收

CAN数据帧结构

| 帧起始 | ID(11/29位) | 控制场 | 数据场(0-8字节) | CRC | 应答 | 帧结束 |

标准帧：11位ID，最多2032个不同ID
扩展帧：29位ID，最多5.36亿个不同ID
数据长度：0-8字节，短小高效

第二部分：代码分块详细解释

块1：CAN初始化配置

/* CAN初始化函数 - 配置CAN控制器基本参数 */ CAN_HandleTypeDef hcan1; // 定义CAN1的句柄，用于管理所有CAN配置 void CAN1_Init(void) { CAN_FilterTypeDef can_filter; // 定义过滤器结构体，用于筛选接收的消息 // 1. 使能CAN时钟 __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE(); // 打开CAN1的时钟，外设需要时钟才能工作 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 打开GPIOA时钟，CAN引脚在PA11、PA12 // 2. 配置CAN引脚 GPIO_InitTypeDef gpio_init; gpio_init.Pin = GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12; // PA11: CAN_RX, PA12: CAN_TX gpio_init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽输出模式 gpio_init.Pull = GPIO_NOPULL; // 不启用上下拉电阻 gpio_init.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速模式 gpio_init.Alternate = GPIO_AF9_CAN1; // 复用功能9对应CAN1 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init); // 应用GPIO配置 // 3. 配置CAN工作模式 hcan1.Instance = CAN1; // 使用CAN1控制器 hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常工作模式 hcan1.Init.AutoBusOff = DISABLE; // 禁用自动离线恢复 hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE; // 禁用自动唤醒 hcan1.Init.AutoRetransmission = ENABLE; // 启用自动重传 hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE; // 不锁定接收FIFO hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE; // 禁用发送邮箱优先级 hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ; // 同步跳转宽度1个时间单元 hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_9TQ; // 时间段1为9个时间单元 hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_4TQ; // 时间段2为4个时间单元 hcan1.Init.Prescaler = 6; // 预分频值，决定波特率 // 计算波特率: APB1时钟=36MHz, 36MHz/(6*(1+9+4)) = 36MHz/(6 * 14) = 428.5kHz HAL_CAN_Init(&hcan1); // 应用CAN配置 // 4. 配置CAN过滤器 can_filter.FilterIdHigh = 0x0000; // 过滤器ID高16位 can_filter.FilterIdLow = 0x0000; // 过滤器ID低16位 can_filter.FilterMaskIdHigh = 0x0000; // 掩码高16位 can_filter.FilterMaskIdLow = 0x0000; // 掩码低16位 can_filter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; // 接收到的数据存到FIFO0 can_filter.FilterBank = 0; // 使用过滤器0 can_filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; // 标识符屏蔽位模式 can_filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; // 32位过滤器 can_filter.FilterActivation = ENABLE; // 启用过滤器 can_filter.SlaveStartFilterBank = 14; // 从过滤器库起始编号 HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &can_filter); // 应用过滤器配置 // 5. 启动CAN HAL_CAN_Start(&hcan1); // 启动CAN控制器 // 6. 使能接收中断 HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING); }

块2：CAN数据发送

/* 发送CAN数据帧 - 封装要发送的数据 */ uint8_t CAN_Send_Msg(uint32_t id, uint8_t *data, uint8_t len) { uint32_t mailbox; // 邮箱编号，CAN有3个发送邮箱 CAN_TxHeaderTypeDef tx_header; // 定义发送帧头结构体 // 1. 检查数据长度是否合法 if (len > 8) { // CAN帧最多8字节数据 return 1; // 返回1表示错误: 数据过长 } // 2. 配置发送帧头 tx_header.StdId = id; // 标准帧ID（11位），0x000-0x7FF tx_header.ExtId = 0; // 扩展帧ID，标准帧时为0 tx_header.IDE = CAN_ID_STD; // 标识符类型: 标准帧 tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA; // 帧类型: 数据帧（不是远程帧） tx_header.DLC = len; // 数据长度码，0-8字节 tx_header.TransmitGlobalTime = DISABLE; // 不发送全局时间 // 3. 将数据加入发送邮箱 // HAL_CAN_AddTxMessage参数: // &hcan1: CAN句柄 // &tx_header: 帧头配置 // data: 要发送的数据数组 // &mailbox: 返回使用的邮箱号(0,1,2) if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &tx_header, data, &mailbox) != HAL_OK) { return 2; // 返回2表示错误: 加入邮箱失败 } // 4. 等待发送完成 // 轮询检查发送完成标志 while (HAL_CAN_IsTxMessagePending(&hcan1, mailbox)); return 0; // 返回0表示发送成功 }

块3：CAN数据接收（中断方式）

/* CAN接收中断回调函数 - 收到数据时自动调用 */ uint8_t rx_data[8]; // 接收数据缓冲区 uint32_t rx_id; // 接收到的ID uint8_t rx_len; // 接收到的数据长度 CAN_RxHeaderTypeDef rx_header; // 接收帧头 // 中断回调函数 void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) { // 1. 从FIFO0读取一帧数据 // HAL_CAN_GetRxMessage参数: // hcan: CAN句柄 // CAN_RX_FIFO0: 从FIFO0读取 // &rx_header: 存储帧头信息 // rx_data: 存储数据 HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data); // 2. 获取接收到的信息 if (rx_header.IDE == CAN_ID_STD) { // 判断是标准帧 rx_id = rx_header.StdId; // 获取标准ID } else { // 扩展帧 rx_id = rx_header.ExtId; // 获取扩展ID } rx_len = rx_header.DLC; // 获取数据长度 // 3. 根据ID处理不同数据（示例） switch (rx_id) { case 0x100: // ID 0x100: 转速信息 Process_Engine_Speed(rx_data); // 处理发动机转速 break; case 0x200: // ID 0x200: 温度信息 Process_Temperature(rx_data); // 处理温度数据 break; case 0x300: // ID 0x300: 开关状态 Process_Switch_Status(rx_data); // 处理开关状态 break; default: // 其他ID Process_Other_Msg(rx_data); // 处理其他消息 break; } }

块4：CAN数据接收（轮询方式）

/* 轮询方式接收CAN数据 - 在主循环中调用 */ uint8_t CAN_Receive_Msg(uint8_t *data, uint32_t *id) { CAN_RxHeaderTypeDef rx_header; // 接收帧头 // 1. 检查FIFO0是否有新消息 if (HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&hcan1, CAN_RX_FIFO0) > 0) { // 2. 从FIFO0读取消息 if (HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, data) == HAL_OK) { // 3. 获取ID if (rx_header.IDE == CAN_ID_STD) { *id = rx_header.StdId; // 标准帧ID } else { *id = rx_header.ExtId; // 扩展帧ID } return rx_header.DLC; // 返回数据长度 } } return 0; // 返回0表示没有数据 }

块5：应用示例 - 汽车转速发送

/* 发送发动机转速到CAN总线 */ void Send_Engine_Speed(uint16_t rpm) { uint8_t can_data[8]; // CAN数据缓冲区 uint8_t data_len = 2; // 数据长度: 2字节 // 1. 准备要发送的数据 // 将16位转速拆分成2个字节 can_data[0] = (rpm >> 8) & 0xFF; // 高字节 can_data[1] = rpm & 0xFF; // 低字节 // 2. 填充其余字节为0（可选） for (uint8_t i = data_len; i < 8; i++) { can_data[i] = 0x00; // 未使用的字节填0 } // 3. 发送CAN消息 // ID: 0x100 表示发动机数据 // 数据: can_data数组 // 长度: data_len if (CAN_Send_Msg(0x100, can_data, data_len) == 0) { // 发送成功 LED_Toggle(); // 可添加LED指示发送成功 } else { // 发送失败处理 Error_Handler(); } }

第三部分：CAN通信完整示例

/* 文件: can_communication.c * 功能: 完整的CAN通信示例，包含发送和接收 * 硬件: STM32F103 + TJA1050 CAN收发器 * 功能: 模拟汽车ECU通信 */ #include "main.h" #include "can.h" #include "stdio.h" // 全局变量 CAN_HandleTypeDef hcan1; uint8_t tx_data[8], rx_data[8]; uint32_t tx_id = 0x100, rx_id = 0; uint8_t tx_len = 8, rx_len = 0; int main(void) { // 1. 初始化系统 HAL_Init(); // 初始化HAL库 SystemClock_Config(); // 配置系统时钟 MX_GPIO_Init(); // 初始化GPIO MX_CAN1_Init(); // 初始化CAN1 // 2. 启动CAN和中断 HAL_CAN_Start(&hcan1); HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING); // 3. 主循环 while (1) { // 3.1 发送引擎转速（示例） static uint16_t engine_rpm = 0; engine_rpm = (engine_rpm + 10) % 8000; // 模拟转速变化 uint8_t data[2]; data[0] = (engine_rpm >> 8) & 0xFF; data[1] = engine_rpm & 0xFF; CAN_Send_Msg(0x100, data, 2); // 发送转速 // 3.2 轮询接收其他ECU数据 rx_len = CAN_Receive_Msg(rx_data, &rx_id); if (rx_len > 0) { // 处理接收到的数据 Process_Received_Data(rx_id, rx_data, rx_len); } // 3.3 延时 HAL_Delay(100); // 100ms发送一次 } } /* CAN接收中断回调函数 */ void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) { CAN_RxHeaderTypeDef rx_header; // 读取接收到的消息 HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data); // 获取ID rx_id = (rx_header.IDE == CAN_ID_STD) ? rx_header.StdId : rx_header.ExtId; rx_len = rx_header.DLC; // 根据ID处理（示例） switch (rx_id) { case 0x200: // 车速信息 uint16_t speed = (rx_data[0] << 8) | rx_data[1]; printf("车速: %d km/h\n", speed); break; case 0x201: // 水温信息 uint8_t temp = rx_data[0]; printf("水温: %d C\n", temp); if (temp > 100) { Send_Warning(0x01); // 发送高温警告 } break; default: break; } }

第四部分：CAN通信核心要点总结

1. CAN配置步骤记忆口诀

"时钟引脚先使能，波特率要算精准 模式参数配置好，过滤器是守门人 启动中断别忘了，收发数据靠轮询"

2. 波特率计算公式

CAN波特率 = APB1时钟 / (预分频 * 时间单元总数) 时间单元总数 = 1(同步段) + BS1 + BS2 例如： APB1时钟 = 36MHz 预分频 = 6 BS1 = 9, BS2 = 4 波特率 = 36MHz / (6 * (1+9+4)) = 428.5kbps

3. 过滤器配置模式

模式	作用	应用场景
标识符列表模式	精确匹配几个ID	只接收特定ID的消息
标识符屏蔽位模式	按位过滤ID	接收某一类ID的消息

4. 常见问题排查

现象	可能原因	解决方法
CAN发送失败	波特率不匹配	检查两端波特率设置
接收不到数据	过滤器配置错误	检查过滤器ID和掩码
错误帧太多	终端电阻未接	CAN_H和CAN_L加120Ω电阻
通信不稳定	线路干扰	使用双绞线，远离干扰源
发送邮箱满	发送太快	增加发送间隔或检查发送完成标志

5. 实际应用技巧

// 技巧1: 快速计算DLC对应的数据长度 // CAN的DLC编码特殊，>8有特殊含义 uint8_t get_data_length(uint8_t dlc) { if (dlc <= 8) return dlc; // 对于CAN FD，DLC编码不同 return 8 + (dlc - 8) * 4; } // 技巧2: 扩展帧发送 void send_extended_frame(uint32_t ext_id, uint8_t* data, uint8_t len) { CAN_TxHeaderTypeDef tx_header; tx_header.ExtId = ext_id; // 29位扩展ID tx_header.IDE = CAN_ID_EXT; // 扩展帧 // ... 其他配置相同 } // 技巧3: 远程帧请求 void send_remote_frame(uint32_t id) { CAN_TxHeaderTypeDef tx_header; tx_header.StdId = id; tx_header.RTR = CAN_RTR_REMOTE; // 远程帧 tx_header.DLC = 0; // 远程帧数据长度为0 // ... 发送配置 }