STM32 CAN总线原理与应用开发指南（上） | 零基础入门STM32第六十一步

最新推荐文章于 2025-04-02 21:45:39 发布

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分类专栏： STM32入门教程（100步）文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机驱动开发物联网

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主题	内容	教学目的/扩展视频
CAN总线`重点课程`	电路原理，跳线设置。协议分析。驱动程序。自检模式，其他CAN总线通信。	会设置CAN模式，会收发数据。

师从洋桃电子，杜洋老师

📑文章目录

（图1：开发板与CAN总线连接示意图）

一、CAN总线核心特性与工业价值

+---------------------+---------------------------------------+
| 特性                | 技术优势                              |
+---------------------+---------------------------------------+
| 多主通信架构        | 任意节点可主动发起通信                |
| 差分信号传输        | CAN_H/CAN_L双绞线抗干扰能力极强        |
| 错误检测机制        | CRC校验+自动重传，错误率<10^-11       |
| 网络扩展能力        | 最多支持110个节点                     |
| 传输距离            | 10km@5kbps，40m@1Mbps                 |
+---------------------+---------------------------------------+

典型应用场景：

汽车电子：ECU控制单元通信
工业控制：PLC与传感器网络
医疗设备：高可靠性数据交互

二、CAN总线通信原理详解

2.1 差分信号传输机制

         STM32                            TJA1050
          │                                  │
          ├──PA11(CAN_Rx)───────► RXD        │
          │                                  │
          ├──PA12(CAN_Tx)◄─────── TXD        │
          │                                  │
          └──GND───────────► GND───────┬─────┘
                                       │
                                       ├── CAN_H（差分+）
                                       │
                                       └── CAN_L（差分-）

信号特性：

显性电平（逻辑0）：CAN_H=3.5V，CAN_L=1.5V（ΔV=2V）
隐性电平（逻辑1）：CAN_H=2.5V，CAN_L=2.5V（ΔV=0V）

2.2 数据帧结构解析

字段	长度	说明
帧起始	1bit	显性电平标识帧开始
仲裁段	11/29bit	消息ID，决定优先级
控制段	6bit	数据长度标识（DLC）
数据段	0-8Byte	有效载荷
CRC校验段	15bit	循环冗余校验码
应答间隙	2bit	接收节点确认
帧结束	7bit	连续7个隐性位

三、TJA1050芯片深度解析

3.1 芯片功能框图

          +-------------------------------+
          |          TJA1050             |
          |  +-----------+  +----------+ |
STM32     |  │           │  │          │ |  CAN总线
PA11──────┼─►│ RXD       │  │ CAN_H    ├─┼─►
PA12◄─────┼──┤ TXD       │  │ CAN_L    ◄─┼──
VCC───────┼──┤ VCC       │  │          │ |
GND───────┼──┤ GND       │  │          │ |
          |  +-----------+  +----------+ |
          +-------------------------------+

关键参数：

工作电压：4.5V-5.5V
最大速率：1Mbps
ESD保护：±8kV接触放电
工作温度：-40℃~150℃

3.2 典型应用电路

         +5V
          │
          ▼
       ┌───┐     120Ω
TJA1050│   ├──CAN_H───┬─────►
       │   │          │
       │   ├──CAN_L───┼─────►
       └───┘          │
                     120Ω
                      ▼
                     GND

设计要点：

总线两端必须连接120Ω终端电阻
CAN_H/CAN_L需使用双绞线（绞距<25mm）
建议添加共模电感抑制高频干扰

四、通信测试系统搭建

4.1 硬件连接方案

         STM32F103C8T6                  工业控制面板
        ┌──────────────┐              ┌──────────────┐
        │   PA11(CAN_Rx)├──────┬───────┤ CAN_Rx       │
        │   PA12(CAN_Tx)├──────┘       │ CAN_Tx       │
        │   TJA1050     │              │ TJA1050      │
        └──────┬────────┘              └──────┬───────┘
               │                              │
               └─────────CAN总线──────────────┘

4.2 测试程序逻辑

五、常见问题解决方案

现象	诊断方法	解决方案
节点无法通信	测量终端电阻阻值	确保两端接120Ω电阻
数据错误率过高	示波器查看信号完整性	缩短线缆或降低波特率
总线持续显性电平	断开节点分段排查	定位短路节点
节点频繁离线	检查供电电压	确保5V供电稳定

六、进阶应用：构建CAN网络

6.1 多节点组网方案

                ┌──────────────┐
                │  主控节点    │
                │ (STM32+F103)│
                └──────┬───────┘
                       │
           ┌───────────┼───────────┐
           ▼           ▼           ▼
    ┌────────────┐ ┌────────────┐ ┌────────────┐
    │ 电机控制器 │ │ 温度传感器 │ │  人机界面  │
    └────────────┘ └────────────┘ └────────────┘

网络管理策略：

心跳包监测（1Hz）
总线负载监控（<30%）
优先级动态调整

总结与开发建议

硬件设计规范：
- 使用屏蔽双绞线，线缆总长与波特率匹配
- 每个网段至少两个终端电阻
- 电源添加π型滤波电路
软件优化方向：
- 启用自动重传机制（NART=DISABLE）
- 实现总线错误计数与状态监控
- 采用DMA传输提升效率

通过合理应用CAN总线技术，开发者可构建出满足工业4.0要求的高可靠通信系统。

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📌 下期预告：下一期将探讨CAN总线驱动程序分析重点课程，欢迎持续关注！

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实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

v1.0 初始版本（2025-03-09）