大家好，这篇笔记是我从零开始学习 CAN 总线的全过程整理，全是新手能看懂、能直接用的干货，从基础概念到 STM32 实操全流程覆盖，适合刚接触 CAN 总线的同学参考，也方便我自己后续复习回顾。

一、先搞懂：CAN 总线到底是什么？

CAN 全称控制器局域网（Controller Area Network），是德国博世公司在 20 世纪 80 年代专门为汽车行业开发的串行通信总线，说白了就是一种能让多个设备之间稳定、高效传输数据的 “通信网线”。

和我们常用的串口、485 总线相比，它最大的优势就是高可靠性、多主控制、抗干扰能力强，所以现在不光是汽车电子，工业控制、航空航天、医疗设备、船舶等领域都在广泛使用。

两个核心国际标准

CAN 总线经过 ISO 标准化后，有两个最核心的标准，区别直接看表格

标准	速率范围	总线类型	核心传输参数	终端电阻	常用场景
ISO-11898（高速 CAN）	125Kbps~1Mbps	闭环总线	1Mbps 速率下，总线最长 40 米	120Ω	汽车动力系统、短距离高实时性控制
ISO-11519（低速 CAN）	10~125Kbps	开环总线	40Kbps 速率下，总线最长 1000 米	2.2kΩ	车身控制、长距离低速率场景

补充一个极限参数：CAN 总线最远传输距离可达 10KM（此时速率要低于 5Kbps），最高速率 1Mbps（距离必须小于 40 米），速率和距离成反比，做硬件布线时要注意。

二、CAN 总线 6 个核心特点

这部分是 CAN 总线的核心优势，也是它和其他总线的核心区别

1. 多主控制：总线里没有绝对的 “主机” 和 “从机”，所有设备都能主动发数据，就像一个电话会议，所有人都能开口说话。如果多个设备同时说话，会通过报文的 ID 来决定优先级，优先级高的继续说，优先级低的立刻闭嘴转为收听，不会打乱总线通信。
2. 系统柔软性（扩展性极强）：CAN 总线里的设备没有 “地址” 的概念，我们给总线上加新设备时，原来已经接好的设备，不管是硬件、软件还是应用层，全都不用改，新手做项目加节点特别方便。
3. 完备的错误处理能力：总线上所有设备都能检测通信错误，一旦发现错误，立刻给所有设备发通知；正在发数据的设备发现错误，会立刻停止发送，然后自动重发，直到发成功为止，不用我们软件手动写重发逻辑。
4. 故障封闭功能：CAN 能区分是临时的总线噪声干扰，还是某个设备硬件坏了导致的持续错误。如果某个设备一直出问题，会自动把这个设备从总线上隔离出去，不会因为一个设备坏了，导致整个总线瘫痪，这个在工业场景里特别重要。
5. 可连接节点多：理论上总线上能接无数个设备，实际使用中，速率越低，能接的设备越多，高速 CAN 最多能接 30 个设备，完全满足绝大多数项目需求。
6. 非破坏性仲裁：多个设备同时发数据时，优先级高的报文会完整发出去，不会因为冲突导致报文损坏，保证高优先级的指令能实时传输。

三、物理层核心：显性电平与隐性电平

CAN 总线只用两根线通信：CAN_H和CAN_L，一般用双绞线，抗干扰能力强。所有的通信逻辑，都基于这两根线的电平差。

电平定义

电平类型	逻辑值	CAN_H 电压	CAN_L 电压	压差	核心规则
显性电平	0	3.5V	1.5V	2V	只要有一个设备输出显性电平，总线就是显性电平（优先）
隐性电平	1	2.5V	2.5V	0V	只有所有设备都输出隐性电平，总线才是隐性电平（包容）

关键逻辑：CAN 总线执行线与逻辑，显性电平永远比隐性电平优先级高，后面的总线仲裁，全靠这个逻辑实现。

四、CAN 帧类型：数据是怎么打包传输的？

CAN 总线上的所有数据，都是以 “帧” 为单位传输的。

5 种帧类型

帧类型	核心用途
数据帧	发送设备给接收设备传数据，最常用、最核心
遥控帧（远程帧）	接收设备给对应 ID 的发送设备，请求发数据
错误帧	设备检测到错误时，给全网通知错误
过载帧	接收设备告诉发送端：我还没准备好，你先别发
帧间隔	把数据帧 / 遥控帧和前面的帧分开，相当于分隔符

新手入门，精力只需要放在数据帧上，把它搞懂，就能跑通CAN。

数据帧的 7 个组成部分

数据帧分 7 段，每一段都有自己的作用，标准帧（11 位 ID）和扩展帧（29 位 ID）只有仲裁段、控制段有区别，其他段完全一样。

帧段	长度	核心作用	关键规则
帧起始	1 位	要开始发数据了	固定为显性电平（逻辑 0），标准帧和扩展帧完全一样
仲裁段	标准帧 12 位 / 扩展帧 32 位	优先级是多少，发的是什么类型的数据	1. 核心是 ID：标准帧 11 位 ID，扩展帧 29 位 ID，ID 数值越小，优先级越高2. 禁止 ID 高 7 位全是隐性电平（全 1）3. RTR 位：0 = 数据帧，1 = 遥控帧；IDE 位：0 = 标准帧，1 = 扩展帧4. 标准 ID 最大值 0x7FF，扩展 ID 最大值 0x1FFFFFFF，超了会被控制器自动截断，新手很容易踩这个坑
控制段	6 位	要发几个字节的数据	核心是 DLC 数据长度码，取值 0~8，代表数据段的字节数，CAN2.0 最多一次发 8 个字节
数据段	0~64 位（0~8 字节）	要传输的数据	从最高位开始发送，标准帧和扩展帧格式完全一样
CRC 段	16 位	校验数据	15 位 CRC 校验序列 + 1 位界定符，接收端会用同样的算法算 CRC，不一致就认为传输出错
ACK 段	2 位	应答	发送端发 2 个隐性电平，所有正常收到数据的设备，会在 ACK 槽发显性电平应答，发送端收到应答，就知道数据发成功了
帧结束	7 位	我发完了	固定为隐性电平，标准帧和扩展帧完全一样

ID 的 3 个核心作用：

1. 仲裁优先级：ID 越小，总线优先级越高，同时发数据时先抢到总线；
2. 接收过滤：接收设备通过过滤器匹配 ID，决定要不要收这个报文；
3. 数据分类：不同 ID 代表不同类型的数据，比如温度数据用 0x123，报警数据用 0x245，方便区分。

五、总线仲裁机制：多个设备同时发数据，谁说了算？

这是 CAN 总线最核心的设计之一，新手一定要搞懂，否则不理解为什么 CAN 能实现多主控制。

核心仲裁规则（2 条就够）

1. 总线空闲的时候，谁最先开始发数据，谁就先拿到发送权，一旦开始发送，其他设备就抢不走了；
2. 多个设备同时开始发数据，从仲裁段的第一位开始，逐位做线与比较，连续输出显性电平（逻辑 0）最多的设备，优先级更高，仲裁获胜的继续发数据，失利的立刻停止发送，转为接收状态。

举个新手能看懂的例子

比如总线上两个设备，设备 1 发 ID=0x01（二进制 00000000001），设备 2 发 ID=0x10（二进制 00001000000），同时开始发送：

1.        前 3 位，两个设备发的都是 0，总线电平是 0，都继续发；

2.        第 4 位，设备 1 发 0，设备 2 发 1，根据线与逻辑，总线电平是 0；

3.        设备 2 发现自己发的是 1，总线却是 0，知道自己仲裁输了，立刻停止发送，转为接收；

4.        设备 1 仲裁获胜，继续把剩下的报文完整发出去。

整个过程完全是硬件自动完成的，不用我们软件干预，而且优先级高的报文不会有任何损坏和延迟，这就是 CAN 的非破坏性仲裁。

六、位时序与波特率

波特率就是 CAN 总线的通信速度，两个设备要通信，波特率必须完全一致，否则绝对收不到数据。很多新手调 CAN，第一步就卡在波特率配置不对，这里我给大家讲明白底层逻辑，再给现成的配置参数，直接用就行。

核心基础：位时序

CAN 总线上的 1 个数据位，不是一个简单的高低电平，而是分成了 4 个段，每个段由最小时间单位Tq（时基单元） 组成，这个就叫位时序。

4 个分段分别是：

1. 同步段（SS）：固定 1Tq，用来让总线上的设备同步时序，信号跳变沿最好落在这个段里；
2. 传播时间段（PTS）：1~8Tq，用来吸收总线的物理传输延迟；
3. 相位缓冲段 1（PBS1）：1~8Tq，用来补偿信号边沿的偏差；
4. 相位缓冲段 2（PBS2）：2~8Tq，用来吸收设备的时钟误差。

重点提醒（STM32）：在 STM32 的寄存器配置里，同步段 SS 固定 1Tq，不能配置；传播时间段 PTS 和相位缓冲段 PBS1，会合并成一个参数BS1（TS1），PBS2 就是BS2（TS2），我们配置波特率，只需要配 BS1、BS2 和分频系数就行。

波特率计算公式

1. 计算 1 个 Tq 的时长：TQ = 1 / (CAN控制器时钟频率 / 分频系数BRP)
2. 计算 1 个位的总时长（位周期）：位周期 = (1 + BS1 + BS2) × TQ = 总TQ数 × TQ
3. 最终波特率：波特率 = 1 / 位周期 = CAN控制器时钟频率 / (总TQ数 × 分频系数BRP)

七、STM32 bxCAN 实操：从初始化到收发数据

一、先了解 bxCAN 的核心硬件特性

1. 支持 CAN2.0A/2.0B 主动模式，最高波特率 1Mbps；
2. 有 3 个发送邮箱，2 个 3 级深度的接收 FIFO；
3. 最多 28 个可配置的过滤器组（STM32F1 非互联型只有 14 个），双 CAN 共用过滤器组；
4. 支持正常模式、环回模式、静默模式，环回模式可以自发自收，用于自测。

二、3 种常用工作模式

1. 初始化模式：用来配置 CAN 的参数，波特率、过滤器都要在这个模式下配置；
2. 正常模式：正常的双机 / 多机通信模式，能发能收；
3. 环回模式：自己发的数据自己收，不用接外部硬件，用来自测功能。

三、初始化配置流程(STM32F4标准库)

/*
 * 函数名称：Can_Config
 * 功能描述：CAN 控制器初始化配置
 * 参数说明：
 *   - ts1: 时间段 1(Bit Segment 1)，取值范围 CAN_BS1_1tq 到 CAN_BS1_16tq
 *   - ts2: 时间段 2(Bit Segment 2)，取值范围 CAN_BS2_1tq 到 CAN_BS2_8tq
 *   - psc: 预分频系数 (Prescaler)，实际分频值为 psc-1
 *   - mode: CAN 工作模式，可选值：
 *          CAN_Mode_Normal - 正常通信模式
 *          CAN_Mode_Loopback - 环回测试模式
 *          CAN_Mode_Silent - 静默模式
 *          CAN_Mode_Silent_Loopback - 静默环回模式
 * 返回值：无
 * 硬件连接说明：
 *   - CAN_TX 引脚：PA12（复用推挽输出）
 *   - CAN_RX 引脚：PA11（复用输入）
 * 波特率计算公式：
 *   CAN 波特率 = CAN 时钟频率 / (预分频系数 × (1 + TS1 + TS2))
 *   示例：42MHz / (6 × (1 + 7 + 6)) = 42MHz / 84 = 500Kbit/s
 *   其中：SYNC_SEG=1(固定), TS1=7, TS2=6, BRP=6
 */
void Can_Config(u8 ts1, u8 ts2, u8 psc, u8 mode)  
{
        GPIO_InitTypeDef gpio_InitTypeDef = {0};  
        CAN_InitTypeDef can_InitTypeDef = {0};  
        CAN_FilterInitTypeDef can_FilterInitTypeDef = {0};  
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);  
        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  

        gpio_InitTypeDef.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;  // 配置 GPIO 模式为复用功能模式
        gpio_InitTypeDef.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;  // 配置 GPIO 输出类型为推挽输出
        gpio_InitTypeDef.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;  
        gpio_InitTypeDef.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;  

        GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_CAN1);  // 配置 PA11 引脚复用功能为 CAN1，将 PA11 映射到 CAN1 的 RX
        GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_CAN1);  // 配置 PA12 引脚复用功能为 CAN1，将 PA12 映射到 CAN1 的 TX

        GPIO_Init(GPIOA, &gpio_InitTypeDef);  

        can_InitTypeDef.CAN_ABOM = ENABLE;  // 自动离线管理使能，总线错误后自动恢复在线
        can_InitTypeDef.CAN_AWUM = DISABLE;  // 自动唤醒模式禁用，禁用后需软件手动唤醒睡眠模式
        can_InitTypeDef.CAN_BS1 = ts1;  // 时间段 1（BS1）的值，范围 1-16 个时间量子
        can_InitTypeDef.CAN_BS2 = ts2;  // 时间段 2（BS2）的值，范围 1-8 个时间量子
        can_InitTypeDef.CAN_Mode = mode;  // CAN 工作模式（正常/环回/静默/静默环回）
        can_InitTypeDef.CAN_NART = ENABLE;  // 禁止自动重传使能，发送失败时不自动重传，只发送一次
        can_InitTypeDef.CAN_Prescaler = psc - 1;  // CAN 预分频系数，实际分频值为 psc-1，范围 1-1024
        can_InitTypeDef.CAN_RFLM = DISABLE;  // 接收 FIFO 锁定模式禁用，FIFO 满时新消息覆盖旧消息
        can_InitTypeDef.CAN_SJW = DISABLE;  // 同步跳转宽度禁用，使用默认值（1 个时间量子）
        can_InitTypeDef.CAN_TTCM = DISABLE;  // 时间触发通信模式禁用，使用普通 CAN 通信模式
        can_InitTypeDef.CAN_TXFP = DISABLE;  // 发送 FIFO 优先级禁用，按请求顺序发送而非优先级

        CAN_Init(CAN1, &can_InitTypeDef);  


        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterActivation = ENABLE;  
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0;  // 滤波器分配给 FIFO0，匹配该滤波器的消息存到 FIFO0
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterIdHigh = 0x0000;  // 滤波器 ID 高 16 位为 0x0000，与低 16 位组成 32 位 ID
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterIdLow = 0x0000;  // 滤波器 ID 低 16 位为 0x0000，32 位全 0 表示匹配所有 ID
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x0000;  // 滤波器屏蔽位 ID 高 16 位为 0x0000，屏蔽位为 0 表示不检查对应位
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000;  // 滤波器屏蔽位 ID 低 16 位为 0x0000，32 位全 0 表示所有位都不检查
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;  // 滤波器模式为屏蔽位模式，使用 ID 和屏蔽位进行匹配
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterNumber = 0;  //STM32F4 有多个滤波器，这里使用第 0 号
        can_FilterInitTypeDef.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;  // 滤波器尺度为 32 位，一个 32 位滤波器或两个 16 位滤波器

        CAN_FilterInit(&can_FilterInitTypeDef);  


}

配置示例

比如我们要接收所有标准 ID 的报文，最简单的配置：32 位屏蔽位模式，过滤器 ID 设为 0x0000，屏蔽值设为 0x0000，意思就是所有位都不用匹配，所有报文都能通过，先这么配，能收到数据了，再慢慢调精准过滤。

四、数据发送流程

/*
 * 函数名称：CAN_Send_Data
 * 功能描述：CAN 总线数据发送函数
 * 参数说明：
 *   - msg: 指向待发送数据的指针，数据长度由 len 指定
 *   - len: 待发送数据的长度，范围 0-8 字节（CAN 帧最大数据长度）
 * 返回值：
 *   - 1: 发送失败（超时或错误）
 *   - 0: 发送成功
 * 注意事项：
 *   - 使用标准帧格式（11 位 ID）
 *   - 固定使用 ID=0x12
 *   - 使用数据帧（非远程帧）
 */
u8 CAN_Send_Data(u8 *msg, u8 len)  
{
        CanTxMsg TxMsg = {0};  // 定义 CAN 发送消息结构体并初始化为 0，包含 ID、数据长度、数据等字段
        u8 i, mag;  // 定义循环变量 i 和发送邮箱索引 mag（0-2）
        u16 cnt = 0;  // 定义超时计数器 cnt，用于检测发送超时，16 位无符号整数
        
        for(i = 0; i < len; i++)  
        {
                TxMsg.Data[i] = msg[i];  // 逐字节复制数据到发送缓冲区，
        }

        TxMsg.DLC = len; 
        TxMsg.ExtId = 0x00;  // 设置扩展 ID 为 0x00，标准帧不使用扩展 ID
        TxMsg.IDE = CAN_Id_Standard;  // 设置标识符类型为标准 ID，CAN_Id_Standard 表示使用 11 位标准帧
        TxMsg.RTR = CAN_RTR_Data;  // 设置远程发送请求为数据帧，CAN_RTR_Data 表示这是数据帧
		//         TxMsg.StdId = 0x12;  // 设置标准 ID 为 0x12，11 位标准标识符，用于标识消息类型和优先级

        mag = CAN_Transmit(CAN1, &TxMsg);  // 启动 CAN 发送，将消息提交到发送邮箱，返回邮箱号（0-2）
        
        while(CAN_TransmitStatus(CAN1, mag) == CAN_TxStatus_Failed && cnt < 0xfff)
                // CAN_TxStatus_Failed 表示发送失败，cnt<0xfff 防止无限循环（超时保护
        {
                cnt++; 
        }
        
        if(cnt >= 0xfff) 
        {
                return 1;  // 返回 1 表示发送失败
        }
        
        return 0;  // 返回 0 表示发送成功
}

五、数据接收流程

/*
 * 函数名称：CAN_Rev_Data
 * 功能描述：CAN 总线数据接收函数
 * 参数说明：
 *   - msg: 指向接收缓冲区的指针，用于存储接收到的数据
 * 返回值：
 *   - 0: 未接收到消息（FIFO 为空）
 *   - 其他值：接收到的数据长度（1-8 字节）
 * 注意事项：
 *   - 从 FIFO0 读取数据
 *   - 轮询方式检查，非中断方式
 */
u8 CAN_Rev_Data(u8 *msg)  
{
        u8 len = 0, i = 0;  
        CanRxMsg RxMsg = {0};  // 定义 CAN 接收消息结构体并初始化为 0，包含 ID、数据长度、数据等字段
        
        if(CAN_MessagePending(CAN1, CAN_FIFO0) == 0)  
                	
                // ==0 表示没有接收到新消息
        {
                return 0;  
        }
        
        CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMsg);  // 从 FIFO0 读取一条 CAN 消息，将消息内容复制到 RxMsg 结构体中

        len = RxMsg.DLC;  // 获取接收到的数据长度，DLC 字段表示数据字节数（0-8）
        
        for(i = 0; i < len; i++)  
        {
                msg[i] = RxMsg.Data[i];  // 逐字节复制数据到用户缓冲区
        }
        
        return len;  // 返回实际接收到的数据长度
}

建议

1. 先用环回模式，把自发自收调通，确认代码、波特率配置没问题，再接第二个设备做双机通信，最后做多节点测试，一步步来；
2. 通信不上，用示波器抓 CAN_H 和 CAN_L 的波形，看是没发出来，还是波特率不对，还是硬件接线有问题。

以上就是我学习 CAN 总线的笔记，后续会继续更新modbus协议&RS485的学习内容，欢迎大家一起交流学习，有不对的地方也欢迎大家指正。