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外观

第09章 CAN通信基础

约 1635 字大约 5 分钟

2026-07-21

9.1 CAN通信介绍

CAN（Controller Area Network，控制器局域网） 是一种功能丰富的车用总线标准，被设计用于在不需要主机（Host）的情况下，允许网络上的单片机和仪器相互通信。

CAN通信是一种串行、异步、半双工的通信方式。它基于消息传递协议，拥有良好的弹性调整能力，可以在现有网络中增加节点而不用在软、硬件上做出调整。

CAN介绍

物理层

网络节点组成

CAN网络节点由CAN控制器和CAN收发器组成：

  • 控制器：由MCU提供，STM32内部提供了1个CAN控制器
  • 收发器：需要专门芯片，本项目使用 TJA1050 收发器芯片

控制器与收发器之间通过CAN_Tx及CAN_Rx信号线相连；收发器与CAN总线之间使用CAN_High及CAN_Low信号线相连。

物理层-网络节点

差分信号

CAN使用差分信号传输，CAN_High和CAN_Low两根线：

  • 显性电平（逻辑0）：CAN_H和CAN_L之间有压差（约2V）
  • 隐性电平（逻辑1）：CAN_H和CAN_L之间无压差

差分信号具有强抗干扰能力，适合工业和汽车环境。

拓扑-开环拓扑-闭环差分信号

协议层

CAN帧种类

CAN总线上有5种不同的报文类型：

帧类型说明
数据帧最常用，用于发送节点向接收节点发送数据
远程帧（遥控帧）用于请求特定ID节点发送数据，不携带数据
错误帧检测出错误时向其他节点通知
过载帧用于提供附加延迟
帧间隔用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离

数据帧结构

数据帧包含：帧起始(SOF)、仲裁段(ID)、控制段(IDE/RTR/DLC)、数据段(0~8字节)、CRC段、ACK段、帧结束(EOF)。

数据帧结构远程帧格式帧类型总览

CAN总线仲裁

  • 总线空闲时，最先发送消息的单元获得发送权
  • 多个单元同时发送时，从仲裁段（报文ID）的第一位开始仲裁，ID越小优先级越高
  • 竞争失败会自动检测总线空闲，在第一时间重新尝试发送

CAN位时序

段名缩写时间份额(Tq)作用
同步段SS固定1 Tq实现硬同步
传播时间段PTS1-8 Tq补偿物理延迟
相位缓冲段1PBS11-8 Tq可被延长（重新同步）
相位缓冲段2PBS22-8 Tq可被缩短（重新同步）

采样点 位于PBS1末尾，一般设置在位时间的75%~90%。

波特率计算公式：

波特率 = 1 / Tbit = 1 / (Tss + Tpts + Tpbs1 + Tpbs2)

9.2 STM32 CAN外设

STM32的bxCAN控制器支持CAN 2.0A和2.0B Active标准，最高通讯速率1Mb/s。

三种工作模式

三种工作模式

模式说明
初始化模式用于配置寄存器
正常模式正常通讯
睡眠模式低功耗，上电默认

三种测试模式

模式说明影响总线
静默模式只接收不发送不影响
环回模式自收自发影响
环回静默模式自收自发但不影响总线不影响

静默模式环回模式环回静默模式

功能描述

功能框图

  • 发送邮箱：3个，缓存待发送报文
  • 接收FIFO：2个，每个可存3个完整报文
  • 接收滤波器：14个过滤器组，支持标识符列表模式和掩码模式

过滤器组

STM32位时序特点

STM32将CAN标准时序中的传播时间段(PTS)和相位缓冲段1(PBS1)合并为 BS1。

标准位时序STM32位时序

9.3 CAN通信案例1：环回静默模式测试

需求

使用环回静默模式测试CAN能否正常工作，把接收到的报文数据发送到串口输出。

环回静默测试

CubeMX设置

  • 使用重定向引脚 PB8(RX) 和 PB9(TX)

CAN原理图

  • 配置关键参数：
    • Automatic Bus-Off Management: Enable
    • Automatic Wake-Up Mode: Enable
    • Automatic Retransmission: Disable
    • Receive Fifo Locked Mode: Disable
    • Transmit Fifo Priority: Disable

CAN CubeMX配置

HAL库相关函数

函数功能
HAL_CAN_ConfigFilter()配置CAN接收过滤器
HAL_CAN_Start()启动CAN外设
HAL_CAN_AddTxMessage()将消息添加到发送邮箱并发起传输
HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel()获取FIFO中暂存的消息数量
HAL_CAN_GetRxMessage()从FIFO中读取一条消息
HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel()获取空闲发送邮箱数量

代码实现

// 配置CAN过滤器（接收所有消息）
void Int_CAN_ConfigFilter(void)
{
    CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
    sFilterConfig.FilterBank = 0;
    sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
    sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
    sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;
    sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &sFilterConfig);
}

// 发送CAN消息
void Int_CAN_Send(uint32_t std_id, uint8_t *tx_data, uint32_t tx_len)
{
    while (HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan) == 0);
    CAN_TxHeaderTypeDef sTxHeader;
    sTxHeader.StdId = std_id;
    sTxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;
    sTxHeader.IDE = CAN_ID_STD;
    sTxHeader.DLC = tx_len;
    uint32_t tx_mailbox;
    HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &sTxHeader, tx_data, &tx_mailbox);
}

// 接收CAN消息
void Int_CAN_Receive(CAN_RxMsgTypeDef *rx_msg_arr, uint32_t *rx_len)
{
    do {
        *rx_len = HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&hcan, CAN_RX_FIFO0);
    } while (*rx_len == 0);

    for (uint32_t i = 0; i < *rx_len; i++) {
        CAN_RxHeaderTypeDef sRxHeader;
        HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan, CAN_RX_FIFO0, &sRxHeader, rx_msg_arr[i].Data);
        rx_msg_arr[i].StdId = sRxHeader.StdId;
        rx_msg_arr[i].ExtId = sRxHeader.ExtId;
        rx_msg_arr[i].IDE = sRxHeader.IDE;
        rx_msg_arr[i].DLC = sRxHeader.DLC;
    }
}

消息结构体定义：

typedef struct
{
    uint32_t StdId;   // 标准ID
    uint32_t ExtId;   // 扩展ID
    uint8_t IDE;      // 标识符类型
    uint8_t DLC;      // 数据长度代码
    uint8_t Data[8];  // 数据字段
} CAN_RxMsgTypeDef;

9.4 CAN通信案例2：双机测试（一发一收）

需求

使用2块开发板实现CAN消息的发送和接收。

硬件连接

将两块开发板的CAN_High和CAN_Low对应连接即可。

配置

将Test Mode改为Normal模式，其他不变。

双机测试CubeMX

发送方核心代码

// CAN初始化后发送消息
Int_CAN_ConfigFilter();
HAL_CAN_Start(&hcan);

uint32_t std_id = 0x0001;
uint8_t tx_data[] = "yuJJ";
Int_CAN_Send(std_id, tx_data, 4);

接收方核心代码

// 轮询接收
while (1) {
    Int_CAN_Receive(rx_msg_arr, &rx_msg_cnt);
    for (uint32_t i = 0; i < rx_msg_cnt; i++) {
        printf("ID: 0x%08X, DLC: %d, Data: %s\n",
               rx_msg_arr[i].StdId, rx_msg_arr[i].DLC, rx_msg_arr[i].Data);
    }
}

文档生成于: 2026-07-21