STM32 CAN总线配置：ARM开发实战案例分享-开发者社区

STM32 CAN通信实战：从寄存器到HAL库的完整工程实现

你有没有遇到过这样的场景？多个控制器分布在工业设备的不同角落，需要实时交换状态、执行命令，但用UART太脆弱，SPI又只能点对点，RS-485布线复杂还容易冲突——这时候，CAN总线往往是那个“破局者”。

在基于ARM Cortex-M的嵌入式系统中，STM32系列凭借其内置的高性能CAN控制器，成为构建可靠多节点通信网络的首选平台。本文不讲空泛理论，而是带你一步步走完一个真实项目中的CAN配置全流程：从硬件连接要点，到位定时参数计算，再到HAL库代码实现与调试技巧。目标只有一个：让你下次做电机控制或PLC通信时，能快速上手、少踩坑。

为什么是CAN？它解决了什么问题？

先别急着写代码，我们得明白：CAN存在的意义，是在恶劣环境下实现高可靠、多节点、有优先级的通信。

相比传统方式：
-UART/RS-232：点对点，无仲裁，一干扰就丢数据；
-SPI/I²C：主从结构强依赖，拓扑僵硬，距离短；
-RS-485：虽支持多机，但缺乏内建优先级和错误检测机制；

而CAN天生为工业现场设计：
- 差分信号抗干扰（共模电压容忍±30V）；
- 非破坏性仲裁，高优先级帧自动胜出；
- 支持最多110个节点挂同一总线；
- 硬件级CRC校验 + 错误计数自诊断；
- 最远可达1km（低速模式下）；

这正是为什么汽车ECU、电机驱动器、PLC模块都爱用它的根本原因。

📌 小知识：一辆现代汽车里可能有超过70个CAN节点在同时工作。

STM32上的CAN控制器长什么样？

以最常见的STM32F1系列为例，片上集成的是符合Bosch CAN 2.0B Active标准的控制器，这意味着它既能处理标准帧（11位ID），也能处理扩展帧（29位ID）。但它本身只是“协议层引擎”，要连上物理总线，还得外接一个收发器芯片，比如TJA1050或SN65HVD230。

典型硬件连接

STM32 GPIO: PA11 → CAN_RX PA12 → CAN_TX ↓ TJA1050 ↓ CAN_H / CAN_L → 总线（两端各加120Ω终端电阻）

注意：
- CAN_RX/TX引脚必须配置为复用推挽输出；
- 如果环境噪声大（如变频器附近），建议使用带隔离的模块（如CTM8251K）；
- 终端电阻必不可少！否则信号反射会导致通信不稳定。

关键第一步：算准位定时（Bit Timing）

这是最容易出错也最关键的一步。很多“CAN收不到数据”的问题，根源都在这里。

STM32的CAN时钟来自APB1（通常为36MHz或72MHz）。我们要把这一路时钟分割成一个个“时间量子”（TQ），再组合成一个位周期。

假设需求：波特率 = 500 kbps，APB1 = 72 MHz

我们需要确定三个核心参数：
-BRP（预分频器）：决定每个TQ的时间长度；
-TS1（时间段1）：传播段 + 相位缓冲段1；
-TS2（时间段2）：相位缓冲段2；
-SJW（同步跳转宽度）：用于重同步的最大调整量；

计算过程如下：

每位时间 = 1 / 500,000 = 2 μs
假设采样点设在75%，即TS1占1.5μs，TS2占0.5μs
设定总TQ数 = 20（常见经验值），则每个TQ = 2μs / 20 = 100ns
BRP = (72,000,000 / (100 × 10^6)) - 1 =8（注意：BRP是减1后的值！）

所以最终配置：
| 参数 | 数值 |
|------|------|
| 波特率 | 500 kbps |
| APB1时钟 | 72 MHz |
| BRP | 9（HAL库中填原始值，不减1） |
| TS1 | 6 TQ（即6×100ns=600ns） |
| TS2 | 1 TQ |
| SJW | 1 TQ |
| 采样点位置 | (6+1)/(6+1+1) = 87.5% ❌ ——等等，偏了！

发现问题了吗？87.5%太高了！理想应在70%~80%之间。

修正方案：增加TS1，减少TS2。试试：
- TS1 = 15 TQ
- TS2 = 4 TQ
- 总TQ = 20
- 采样点 = (15+1)/20 =80%✅

此时BRP仍为9，则每TQ = (9+1) × (1/72M) = 138.9 ns
每位时间 = 20 × 138.9 ns ≈ 2.78 μs → 实际波特率 ≈ 360 kbps ❌ 不对！

重新平衡：固定BRP=9 → TQ=100ns → 要得到2μs位宽 → 总TQ=20
→ 设置TS1=14, TS2=5 → 采样点=(14+1)/20=75% ✅完美！

💡 提示：ST官方提供 CAN Bit Timing Calculator 工具，输入时钟和目标波特率即可自动生成推荐参数。

HAL库配置实战：三步走通CAN通信

现在进入编码阶段。我们使用STM32CubeMX生成基础框架后，在关键部分手动补充逻辑。

第一步：初始化CAN外设

CAN_HandleTypeDef hcan; void MX_CAN1_Init(void) { hcan.Instance = CAN1; hcan.Init.Prescaler = 9; // BRP = 9 → TQ = 100ns hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常通信模式 hcan.Init.SJW = CAN_SJW_1TQ; // 同步跳转宽度1TQ hcan.Init.BS1 = CAN_BS1_14TQ; // 时间段1 = 14TQ hcan.Init.BS2 = CAN_BS2_5TQ; // 时间段2 = 5TQ hcan.Init.TTCM = DISABLE; // 关闭时间触发 hcan.Init.ABOM = ENABLE; // 自动离线恢复 hcan.Init.AWUM = ENABLE; // 总线唤醒使能 hcan.Init.NART = DISABLE; // 允许自动重传（应对ACK丢失） hcan.Init.RFLM = DISABLE; // FIFO满时覆盖旧数据 hcan.Init.TXFP = DISABLE; // 发送按邮箱请求顺序 if (HAL_CAN_Init(&hcan) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

其中HAL_CAN_Init()内部会调用HAL_CAN_MspInit()，需确保在此开启时钟并配置GPIO：

void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef* canHandle) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; if(canHandle->Instance == CAN1) { __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /**CAN1 GPIO Configuration PA11 ------> CAN1_RX PA12 ------> CAN1_TX */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // NVIC中断配置 HAL_NVIC_SetPriority(USB_LP_CAN1_RX0_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(USB_LP_CAN1_RX0_IRQn); } }

第二步：配置过滤器，只收“想收”的消息

CAN总线上可能有很多报文，但我们只关心特定ID的数据。例如：只想接收ID为0x100的控制命令。

STM32提供28组滤波器（具体数量依型号而定），支持掩码模式（Mask）或列表模式（List）。

掩码模式配置示例（接收所有标准帧ID=0x100）

void CAN_FilterConfig(void) { CAN_FilterTypeDef sFilterConfig; sFilterConfig.FilterBank = 0; sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_16BIT; sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x100 << 5; // 标准ID左移5位（低5位保留给IDE/RTR） sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000; sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x7FF << 5; // 掩码全1 → 匹配全部11位ID sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000; sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE; sFilterConfig.FilterNumber = 0; if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &sFilterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

⚠️ 注意：标准ID是11位，但在寄存器中存储时左对齐至16位高位，因此要左移5位。这是初学者常犯的错误！

如果你想接收多个特定ID（如0x100、0x101、0x102），可以改用列表模式，将它们逐一填入滤波器条目。

第三步：发送与接收数据

发送一帧数据（ID=0x101，4字节）

uint8_t tx_data[] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44}; CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader; uint32_t TxMailbox; void CAN_Transmit_Data(void) { TxHeader.StdId = 0x101; TxHeader.ExtId = 0; TxHeader.IDE = CAN_ID_STD; TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA; TxHeader.DLC = 4; TxHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE; if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &TxHeader, tx_data, &TxMailbox) != HAL_OK) { // 发送失败，可能是总线离线或邮箱满 Handle_CAN_Error(); } }

接收数据：推荐使用中断方式

轮询效率低，中断才是正道。

// 在main()中启用FIFO0接收中断 HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);

然后在stm32f1xx_it.c中定义中断服务函数：

void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void) { HAL_CAN_IRQHandler(&hcan); }

最后实现回调函数处理数据：

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) { CAN_RxHeaderTypeDef rx_header; uint8_t rx_buf[8]; if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_buf) == HAL_OK) { // 成功接收到一帧 ProcessReceivedCommand(rx_header.StdId, rx_buf, rx_header.DLC); } }

这样就能做到“来了就处理”，真正实现零等待响应。

实战经验：那些手册不会告诉你的坑

我在实际项目中踩过的坑，比你看过的文档都多。以下几点务必牢记：

🔹 1. 采样点不在75%？通信必不稳定！

哪怕波特率看起来对，如果采样点太靠前或太靠后，在长电缆或高速下极易误码。务必用示波器抓波形验证，或至少用计算器反复核对。

🔹 2. 忘记终端电阻 = 白忙一场

两头必须各接一个120Ω电阻！中间节点绝不允许接入。否则信号反射严重，高速下几乎无法通信。

🔹 3. ID规划要有体系

不要随意分配ID。建议划分功能区：
-0x100–0x1FF：传感器上报
-0x200–0x2FF：控制命令
-0x300–0x3FF：故障报警
便于后期调试和过滤。

🔹 4. 启用ABOM，但监控错误计数

虽然设置了自动离线恢复（ABOM），但仍应定期读取hcan.ErrorCode或直接查CAN_ESR寄存器。若TEC/RXEC持续上升，说明物理层有问题（接触不良、干扰大等）。

🔹 5. 中断优先级别设太低

CAN通信具有实时性要求。若NVIC优先级低于DMA或其他高频中断，可能导致接收溢出。建议设为中高优先级。

应用案例：STM32作为电机控制器如何与PLC通信？

设想这样一个系统：
- 主站：西门子S7-1200 PLC，通过CAN发送启停指令；
- 从站：STM32F103C8T6，接收命令后控制PWM输出，并回传当前转速与温度；

通信协议设计：
| 帧类型 | CAN ID | 数据内容 |
|--------|--------|----------|
| 控制命令 | 0x200 | [cmd: 0=stop, 1=start] [speed: 0–100%] |
| 状态反馈 | 0x100 | [rpm_low, rpm_high] [temp] [fault_flag] |

流程：
1. 上电初始化CAN，设置过滤器接收ID=0x200；
2. 启动周期发送任务（每100ms发一次ID=0x100的状态帧）；
3. 接收中断中解析命令，更新PWM占空比；
4. 若连续5秒未收到任何报文，进入安全模式（停机）；

这种架构简洁、可靠，已在多个自动化产线中稳定运行超两年。

写在最后：CAN不是终点，而是起点

掌握STM32的CAN配置，不只是学会了一个外设的使用，更是理解了分布式嵌入式系统通信的设计思维：如何定义协议、划分职责、保证可靠性。

未来如果你接触CAN FD（最高8Mbps，64字节/帧），会发现它的基本理念一脉相承——只是跑得更快、载得更多。而像CANopen、J1939这类高层协议，也只是在CAN基础上加了一层语义封装。

所以，当你第一次成功让两个STM32通过CAN“对话”时，别急着庆祝，因为更大的世界才刚刚打开。

如果你正在做类似项目，欢迎留言交流你的应用场景或遇到的问题，我们一起探讨解决方案。

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