基于STM32的CAN通信完整例程（HAL库实现）

一、系统概述

CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是一种高可靠、多主机的串行通信协议，广泛应用于工业控制、汽车电子、航空航天等领域。本例程基于STM32F103C8T6（Cortex-M3，72MHz）和HAL库，实现CAN总线通信，支持标准帧（11位标识符）和扩展帧（29位标识符），核心功能包括：CAN控制器初始化、报文发送（单帧/多帧）、报文接收（中断/轮询）、错误处理（总线关闭、错误计数）。

二、硬件设计

2.1 核心组件

模块	型号/参数	功能说明
主控	STM32F103C8T6（64KB Flash，20KB RAM）	CAN控制器（bxCAN）、报文处理、数据调度
CAN收发器	TJA1050（高速CAN，5V供电）	转换TTL电平与CAN差分信号（CAN_H/CAN_L）
终端电阻	120Ω（两端节点）	消除信号反射，确保总线稳定
电源	5V USB供电（或3.3V LDO）	为STM32、TJA1050供电

2.2 硬件连接

模块	引脚（STM32F103C8T6）	TJA1050引脚	说明
CAN_TX	PA12（CAN1_TX）	TXD	发送数据（TTL→CAN）
CAN_RX	PA11（CAN1_RX）	RXD	接收数据（CAN→TTL）
TJA1050	VCC（5V）	5V	电源正极
	GND	GND	电源负极
	CAN_H	CAN_H	差分信号正线（接另一节点CAN_H）
	CAN_L	CAN_L	差分信号负线（接另一节点CAN_L）
	STB（待机）	GND	正常工作模式（低电平）

三、软件设计（STM32CubeIDE + HAL库）

3.1 开发环境

IDE：STM32CubeIDE 1.13.0+
库：STM32Cube_FW_F1_V1.8.0（HAL库）
工具链：GCC ARM Embedded

3.2 CubeMX配置（关键步骤）

时钟配置：
- 选择HSE（8MHz），配置系统时钟72MHz，APB1时钟36MHz（CAN控制器挂载于APB1）。
CAN配置：
- 使能CAN1（全功能模式），配置参数：
  - 模式：正常模式（Normal）；
  - 波特率：500kbps（计算公式：波特率=APB1时钟/(分频系数×(BS1+BS2+SJW))，如36MHz/(6×(5+3+1))=36MHz/54≈666kbps，需调整分频系数=8，BS1=5，BS2=3，SJW=1→36MHz/(8×(5+3+1))=36MHz/72=500kbps）；
  - 工作模式：自发自收（Loopback，测试用）或正常模式（双节点通信）；
  - 自动重传：使能（Auto Retransmission）。
GPIO配置：
- PA11（CAN_RX）：输入模式（下拉）；
- PA12（CAN_TX）：复用推挽输出。
NVIC配置：
- 使能CAN1_RX0中断（接收中断），优先级配置为中等。
生成代码：选择"Generate peripheral initialization as a pair of .c/.h files per peripheral"，生成工程。

3.3 核心代码实现

3.3.1 CAN初始化（自动生成+补充）

CubeMX生成的can.c文件包含CAN初始化函数，需补充波特率计算和过滤器配置：

c 复制代码

#include "can.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"

CAN_HandleTypeDef hcan1;

// CAN初始化（500kbps，正常模式）
void MX_CAN1_Init(void) {
  hcan1.Instance = CAN1;
  hcan1.Init.Prescaler = 8;         // 分频系数=8（36MHz/8=4.5MHz）
  hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常模式（双节点通信）
  hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ; // 同步跳转宽度=1TQ
  hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_5TQ; // BS1=5TQ
  hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ; // BS2=3TQ
  hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoBusOff = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoRetransmission = ENABLE; // 自动重传
  hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
  hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;
  if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  // 配置CAN过滤器（接收所有标准帧）
  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位宽
  filter.FilterIdHigh = 0x0000;       // 标识符高16位（标准帧：11位ID）
  filter.FilterIdLow = 0x0000;        // 标识符低16位
  filter.FilterMaskIdHigh = 0x0000;   // 掩码高16位（0=不关心）
  filter.FilterMaskIdLow = 0x0000;    // 掩码低16位
  filter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; // 接收FIFO0
  filter.FilterActivation = ENABLE;   // 使能过滤器
  filter.SlaveStartFilterBank = 14;   // 单CAN控制器，无需从机
  if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &filter) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  // 启动CAN
  if (HAL_CAN_Start(&hcan1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  // 使能接收中断
  if (HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

3.3.2 CAN报文发送函数

c 复制代码

// 发送CAN报文（标准帧，11位ID）
HAL_StatusTypeDef CAN_SendMessage(uint16_t id, uint8_t *data, uint8_t len) {
  CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
  uint32_t tx_mailbox;

  tx_header.StdId = id;              // 标准标识符（11位）
  tx_header.ExtId = 0x00;            // 扩展标识符（29位，不用）
  tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA;      // 数据帧（非远程帧）
  tx_header.IDE = CAN_ID_STD;        // 标准帧
  tx_header.DLC = len;               // 数据长度（0~8字节）
  tx_header.TransmitGlobalTime = DISABLE;

  return HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &tx_header, data, &tx_mailbox);
}

3.3.3 CAN报文接收（中断回调）

c 复制代码

// CAN接收中断回调函数（FIFO0消息 pending）
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) {
  CAN_RxHeaderTypeDef rx_header;
  uint8_t rx_data[8];

  if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data) == HAL_OK) {
    // 打印接收信息（示例：ID=0x123，数据=0x01 0x02）
    printf("CAN Received: ID=0x%03X, Len=%d, Data=", rx_header.StdId, rx_header.DLC);
    for (uint8_t i=0; i<rx_header.DLC; i++) {
      printf("%02X ", rx_data[i]);
    }
    printf("\r\n");
  }
}

3.3.4 主函数（发送测试报文）

c 复制代码

#include "main.h"
#include "can.h"
#include "usart.h"  // 用于printf调试（重定向USART1）

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();  // 时钟配置（72MHz）
  MX_GPIO_Init();
  MX_CAN1_Init();        // CAN初始化（500kbps）
  MX_USART1_UART_Init(); // USART1初始化（115200bps，调试用）

  uint8_t tx_data[8] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08}; // 测试数据

  while (1) {
    // 发送CAN报文（ID=0x123，数据长度8字节）
    if (CAN_SendMessage(0x123, tx_data, 8) == HAL_OK) {
      printf("CAN Sent: ID=0x123, Data=01 02 03 04 05 06 07 08\r\n");
    } else {
      printf("CAN Send Failed!\r\n");
    }
    HAL_Delay(1000); // 每秒发送一次
  }
}

参考代码基于STM32的一个完整CAN通信例程 www.youwenfan.com/contentcsu/56567.html

四、关键问题与解决方案

4.1 波特率计算错误

现象：通信乱码或无数据。
原因：APB1时钟配置错误（如未配置为36MHz）、分频系数/BS1/BS2设置不当。
解决：
确认APB1时钟：SystemClock_Config()中RCC_CFGR_SW_PLL，APB1分频系数=2（72MHz/2=36MHz）；
波特率公式：波特率=APB1时钟/(Prescaler×(BS1+BS2+SJW))，如500kbps=36MHz/(8×(5+3+1))=36MHz/72=500kbps（Prescaler=8，BS1=5，BS2=3，SJW=1）。

4.2 接收不到数据

现象：发送成功但接收回调不触发。
原因：CAN过滤器配置错误（未接收目标ID）、终端电阻缺失（120Ω）、总线电平异常。
解决：
配置过滤器为"接收所有帧"（掩码=0x0000）；
总线两端并联120Ω终端电阻；
用示波器测量CAN_H/CAN_L差分电压（显性电平≈3.5V，隐性电平≈2.5V）。

4.3 总线关闭（Bus Off）

现象：CAN控制器进入总线关闭状态（错误计数器超限）。
原因：总线短路、节点故障、波特率不匹配。
解决：
检查硬件连接（CAN_H/CAN_L是否短路）；
调用HAL_CAN_ResetErrorCounter(&hcan1)重置错误计数器；
配置hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE（自动退出总线关闭）。

五、测试与验证

5.1 单节点自发自收测试

配置：CubeMX中CAN模式设为"Loopback（自发自收）"；
现象：发送报文后，接收回调触发，打印接收数据（ID和数据与发送一致）。

5.2 双节点通信测试

硬件：两个STM32节点（Node A、Node B），均按2.2节连接，总线两端接120Ω电阻；
步骤：

Node A发送ID=0x123的报文；
Node B接收并打印数据；
Node B回复ID=0x456的报文；
Node A接收并打印数据。

5.3 工具辅助测试

CAN分析仪（如USB-CAN适配器）：监控总线报文，验证ID、数据、波特率正确性；
串口助手 ：通过USART1打印调试信息（需重定向printf到USART1）。

六、总结

本例程基于STM32F103和HAL库实现了CAN通信，核心是CAN控制器初始化、波特率配置、报文收发、中断接收。通过CubeMX快速配置+HAL库函数调用，可快速实现双节点或多节点通信，适用于工业传感器网络、电机控制等场景。