在现代嵌入式系统中，CAN（Controller Area Network）总线广泛应用于汽车、工业设备等领域。在这篇文章中，我们将使用 STM32G431 微控制器实现 CAN 总线通信的基本功能。STM32G431 是一款高性能的 ARM Cortex-M4 核心 MCU，具有较高的处理能力和丰富的外设接口，非常适合用于嵌入式应用。
1. 了解 STM32G431 和 CAN 总线STM32G431 是 STMicroelectronics 推出的高性能微控制器，基于 ARM Cortex-M4 内核，主频可达 170 MHz，配有丰富的外设接口，其中包括硬件 CAN 控制器。CAN 总线作为一种广泛使用的通信协议，支持多节点、低延迟、高可靠性的数据传输。STM32G431 配备的 CAN 接口可以非常方便地与外部设备进行通信，特别适用于工业自动化、汽车电子等需要高度可靠通信的场景。
2. 系统架构设计在本例中，我们将设计一个简单的系统，其中 STM32G431 作为 CAN 总线的从设备（Slave），与主机通过 CAN 总线进行数据交互。系统中包含两个主要部分：
- 主机：负责向从设备发送命令，接收从设备的状态报告。
- 从设备：通过 CAN 总线接收命令，执行相应操作并反馈状态。
每个从设备都将具有一个唯一的 CAN 标识符，通过 CAN 总线进行通信。
3. 硬件连接STM32G431 微控制器本身提供了两个 CAN 接口（CAN1 和 CAN2），我们将在这篇文章中使用其中的 CAN1 接口。硬件连接部分，CAN 总线的两根信号线分别是 CAN_H 和 CAN_L，需要通过 CAN 物理层收发器连接到外部设备。
- CAN_H 和 CAN_L：分别连接到 CAN 总线的正负端。
- VCC和 GND：连接到 STM32G431 的电源和地线。
- STM32G431 CAN1：连接到外部设备的 CAN 接口。
4. 软件设计在 STM32G431 上实现 CAN 通信，我们首先需要进行初始化。我们使用 STM32CubeMX 工具进行配置，然后在 HAL 库中编写相关代码。
4.1. 配置 CAN 接口通过 STM32CubeMX 配置 CAN1 外设，选择模式为“Normal”，并启用适当的波特率（例如 500 kbps）。我们还需要配置 CAN1 的中断和定时器，以便实现接收数据和发送数据的操作。
4.2. 初始化代码在 STM32CubeMX 中配置完成后，我们将生成代码框架，并进一步编写 CAN 初始化和数据传输的函数。
#include "main.h"
// CAN句柄
CAN_HandleTypeDef hcan1;
// 初始化CAN1接口
void CAN1_Init(void)
{
hcan1.Instance = CAN1;
hcan1.Init.Prescaler = 16; // 设置预分频器
hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_6TQ;
hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_7TQ;
hcan1.Init.OutputDrive = CAN_ODR_INDIRECT;
hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE;
hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
hcan1.Init.TransmitFifoPriority = ENABLE;
if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK) {
Error_Handler();
}
}
// CAN接收消息
void CAN_ReceiveMessage(void)
{
CAN_RxHeaderTypeDef rxHeader;
uint8_t rxData[8];
if (HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&hcan1, CAN_RX_FIFO0) > 0) {
if (HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxData) == HAL_OK) {
// 处理接收到的数据
ProcessReceivedData(rxData);
}
}
}
// CAN发送消息
void CAN_SendMessage(uint32_t id, uint8_t *data, uint8_t len)
{
CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;
uint32_t txMailbox;
txHeader.DLC = len;
txHeader.StdId = id;
txHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;
txHeader.IDE = CAN_ID_STD;
txHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;
if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &txHeader, data, &txMailbox) != HAL_OK) {
Error_Handler();
}
}
- CAN 初始化：CAN1_Init 函数配置了 CAN 控制器，设置了波特率、同步跳跃宽度等参数。
- 接收数据：CAN_ReceiveMessage 函数通过 HAL_CAN_GetRxMessage 获取接收到的消息，并在收到消息后进行数据处理。
- 发送数据：CAN_SendMessage 函数负责将数据发送到 CAN 总线上。
4.3. 中断和回调函数为了提高系统的响应速度，我们可以启用 CAN 接收中断，并在中断回调函数中处理接收到的数据。
// CAN接收中断回调函数
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
CAN_ReceiveMessage();
}
7. 总结本文介绍了如何使用 STM32G431 实现 CAN 总线通信的基础操作。通过 STM32CubeMX 工具配置硬件外设，并在 HAL 库的支持下编写相关代码，我们可以实现一个基本的 CAN 通信系统。此系统适用于许多实际应用，特别是在多设备通信、工业控制等领域。
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