微控制器（MCU）與CAN總線的連接是工業(yè)控制、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的核心技術(shù)。以下是詳細(xì)的連接方法、硬件設(shè)計(jì)、軟件配置及調(diào)試技巧，確保通信穩(wěn)定可靠。

一、CAN總線連接基礎(chǔ)

1. CAN總線特性

• 物理層：差分信號(hào)（CAN_H和CAN_L），抗干擾能力強(qiáng)，適合長(zhǎng)距離傳輸。

• 通信速率：10kbps~1Mbps（速率越高，傳輸距離越短）。

• 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型，支持多節(jié)點(diǎn)（最多110個(gè)，視總線長(zhǎng)度和負(fù)載而定）。

2. 微控制器與CAN總線的接口

• 集成CAN控制器：部分MCU內(nèi)置CAN控制器（如STM32、NXP S32K、Microchip SAM系列），只需外接物理層收發(fā)器。

• 外接CAN控制器：若MCU無(wú)內(nèi)置CAN控制器，需外接CAN控制器芯片（如MCP2515）和收發(fā)器。

二、硬件連接步驟

1. 典型連接方案（內(nèi)置CAN控制器的MCU）

• 所需元件：

• MCU（如STM32F103C8T6，內(nèi)置CAN控制器）。

• CAN收發(fā)器（如TJA1050、MCP2551）。

• 終端電阻（120Ω，兩端各一個(gè)）。

• 共模電感（可選，抑制EMI）。

• 連接圖：

• 關(guān)鍵點(diǎn)：

• MCU的CAN_TX和CAN_RX分別連接收發(fā)器的TXD和RXD。

• 收發(fā)器的CAN_H和CAN_L接總線，兩端加120Ω終端電阻。

• 收發(fā)器的供電電壓需與MCU一致（3.3V或5V）。

2. 外接CAN控制器的連接方案

• 所需元件：

• MCU（如STM32F030，無(wú)內(nèi)置CAN控制器）。

• CAN控制器芯片（如MCP2515，SPI接口）。

• CAN收發(fā)器（如TJA1050）。

• 終端電阻（120Ω）。

• 連接圖：

MCU (SPI接口)             MCP2515 (CAN控制器)      TJA1050 (收發(fā)器)       CAN總線 ------------------------- ------------------------ ---------------------- ---------------- SPI_SCK   ----->           SCK                      SCK (不直接連接)       (不連接) SPI_MOSI  ----->           SI                       SI (不直接連接)        (不連接) SPI_MISO  <-----           SO                       SO (不直接連接)        (不連接) SPI_CS    ----->           CS                       CS (不直接連接)        (不連接) INT       <-----           INT                      INT (不直接連接)       (不連接) GND       <-----           GND                      GND                    CAN_GND VCC       <-----           3.3V                     VCC (3.3V)             (不連接)                                                    TXD   ----->           TXD                                                    RXD   <-----           RXD                                                    CAN_H  ----->           CAN_H                                                    CAN_L  <-----           CAN_L

• 關(guān)鍵點(diǎn)：

• MCU通過SPI接口與MCP2515通信，MCP2515的TXD和RXD連接收發(fā)器。

• 終端電阻仍需接在總線兩端。

三、軟件配置要點(diǎn)

1. 內(nèi)置CAN控制器的MCU配置（以STM32為例）

• 步驟：

• 根據(jù)總線速率計(jì)算BRP、TS1、TS2等參數(shù)。

• 示例：500kbps（APB1時(shí)鐘48MHz）：

• 啟用CAN外設(shè)時(shí)鐘（如RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE)）。

• 配置CAN_TX為復(fù)用推挽輸出，CAN_RX為浮空輸入。

1. 初始化GPIO：

2. 配置CAN時(shí)鐘：

3. 設(shè)置波特率：

CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_13tq; CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_2tq; CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 6; // 波特率 = 48MHz / (6 * (13 + 2 + 1)) = 500kbps

• 
  

• 調(diào)用CAN_Init()函數(shù)啟用CAN控制器。

• 設(shè)置接收濾波器，只接收特定ID的消息。

1. 配置濾波器：

2. 啟用CAN：

• 示例代碼（發(fā)送數(shù)據(jù)）：

2. 外接CAN控制器的MCU配置（以MCP2515為例）

• 步驟：

• 設(shè)置CNF1、CNF2、CNF3寄存器。

• 示例：500kbps（16MHz晶振）：

• 通過SPI發(fā)送復(fù)位指令（0xC0）。

• 配置SPI時(shí)鐘、模式（CPOL=0, CPHA=0）、數(shù)據(jù)位（8位）。

1. 初始化SPI接口：

2. 復(fù)位MCP2515：

3. 配置波特率：

• 
  

• 設(shè)置CANCTRL寄存器為正常模式（0x80）。

• 設(shè)置RXF0SIDH、RXM0SIDH等寄存器。

1. 配置濾波器：

2. 啟用MCP2515：

• 示例代碼（發(fā)送數(shù)據(jù)）：

四、調(diào)試與常見問題

1. 通信失敗排查

• 確認(rèn)波特率一致（所有節(jié)點(diǎn)需相同）。

• 檢查濾波器配置（確保未誤過濾有效消息）。

• 用示波器測(cè)量CAN_H和CAN_L的差分電壓（正常為2V~3V）。

• 確認(rèn)終端電阻已連接（總線兩端各120Ω）。

• 檢查收發(fā)器供電電壓是否正確。

• 檢查硬件：

• 檢查軟件：

2. 電磁干擾（EMI）問題

• 使用雙絞線（如AWG24），線長(zhǎng)<100m（500kbps時(shí)）。

• 在CAN_H和CAN_L之間增加共模電感（如B82793S0131N101）。

• 避免總線與電源線平行布線。

• 解決方案：

3. 數(shù)據(jù)丟失問題

• 增加中斷處理程序，及時(shí)讀取接收緩沖區(qū)。

• 降低總線速率或優(yōu)化通信協(xié)議。

• 緩沖區(qū)溢出（未及時(shí)處理接收數(shù)據(jù)）。

• 總線負(fù)載過高（超過總線容量）。

• 原因：

• 解決方案：

五、推薦配置與選型

1. 內(nèi)置CAN控制器的MCU推薦

• SAM D21（低功耗，內(nèi)置CAN控制器）。

• S32K144（汽車級(jí)，支持CAN FD）。

• STM32F103C8T6（低成本，內(nèi)置CAN控制器）。

• STM32F407VGT6（高性能，支持CAN FD）。

• STM32系列：

• NXP S32K系列：

• Microchip SAM系列：

2. 外接CAN控制器推薦

• 支持CAN FD，高速率（5Mbps）。

• SPI接口，支持標(biāo)準(zhǔn)CAN 2.0A/B。

• MCP2515：

• TJA1042T：

3. CAN收發(fā)器推薦

• 工業(yè)級(jí)，支持-40℃~+125℃。

• 高速CAN，支持1Mbps，抗干擾能力強(qiáng)。

• TJA1050：

• MCP2551：

六、總結(jié)

1. 連接步驟：

• 內(nèi)置CAN控制器的MCU：MCU的CAN_TX/RX接收發(fā)器的TXD/RXD，收發(fā)器CAN_H/CAN_L接總線并加終端電阻。

• 外接CAN控制器的MCU：MCU通過SPI/UART等接口連接CAN控制器，CAN控制器再連接收發(fā)器。

2. 關(guān)鍵點(diǎn)：

• 波特率必須一致。

• 終端電阻和共模電感不可省略。

• 軟件濾波器需合理配置。

3. 調(diào)試工具：

• 示波器（測(cè)量差分電壓和總線阻抗）。

• CAN分析儀（監(jiān)控通信數(shù)據(jù)，如Peak PCAN-USB）。

直接建議：

• 優(yōu)先選擇內(nèi)置CAN控制器的MCU（如STM32F103），簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

• 波特率500kbps是工業(yè)常用值，兼容性好。

• 用示波器驗(yàn)證差分電壓（2V~3V）和總線阻抗（60Ω±10%）。

最終結(jié)論：

• 硬件連接：MCU的CAN_TX→收發(fā)器TXD，CAN_RX←收發(fā)器RXD，收發(fā)器CAN_H/CAN_L接總線并加終端電阻。

• 軟件配置：正確設(shè)置波特率、濾波器，并啟用中斷處理接收數(shù)據(jù)。

• 調(diào)試工具：示波器（測(cè)量差分電壓）、CAN分析儀（監(jiān)控通信數(shù)據(jù)）。

建議：參考具體MCU和收發(fā)器的官方文檔（如《STM32F103參考手冊(cè)》《TJA1050數(shù)據(jù)手冊(cè)》）進(jìn)行詳細(xì)配置。