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使用STM32CubeMX使用CAN驱动无刷电机DJI3508

ops 2025/8/30 10:54:22

简介

文章为笔记性质

硬件包括

大疆C板

电机调速器C620

DJI3508电机

CAN知识介绍

CAN的概念

CAN是控制器区域网络（Controller Area Network）的缩写。CAN总线是一种适用于工业设备的高性能总线网络。说白了就是也就是一种通讯方式而已。

把多个设备串在一根线上，再通过一定的协议约束，就能实现最方便的多设备互相通信。

而不用每个设备都两两之间有连线，大大节省了成本和布线复杂程度。

其次CAN的可靠性也比较高，采用差分线的形式，具有较强的抗干扰能力和噪声抑制能力。

CAN总线结构

CAN总线网络的结构有闭环和开环两种形式。

闭环

闭环结构的CAN总线网络，总线两端各接一个120Ω的终端电阻，两根信号线形成的回路。这种CAN总线网络由ISO11898标准定义，是高速、短距离的CAN网络，通信速率为125kbit/s到1Mbit/s，在1Mbit/s通信速率时，总线长达40m。

开环

开环结构的CAN总线网络，两根信号线独立，各自串联一个2.2 kΩ的电阻。这中CAN总线网络由ISO11519-2标准定义，是低速、远距离的CAN网络，最高速率为125kbit/s。在40kbit/速率时，总线最长举例为1000m。
  闭环结构适用于节点数量有限的小型网络、简单性要求高、可靠性要求高的场景。开环结构适用于大型网络，扩展性要求高，故障隔离要求高的场景。

一般情况下，（平时驱动个电机、进行简单的通信），我们只用得到 高速CAN 也就是 闭环CAN

所以这里也就主要说一说高速CAN（闭环CAN，1Mbit/s）

以下部分简称之为CAN

下图是CAN的结构示意图：

CAN总线上只有两根信号线，即CANH和CANL，没有时钟同步信号。

所以CAN是一种异步通信方式，与UART的异步通信方式类似，而SPI、I2C是以时钟信号同步的同步通信方式。

其中的120Ω电阻被称为终端电阻，作用是：阻抗匹配、减少信号反射、增强抗干扰等。

CAN的物理层

        CAN总线的两根信号线通常采用双绞线，传输的是差分信号，通过两根信号线的电压差CANH - CANL来表示CAN的总线电平。

        以差分信号传输信号具有抗干扰强，能有效抑制外部电子干扰等优点，这也是CAN总线在工业上应用广泛的一个原因。
  两根信号线的电压差CANH-CANL表示CAN总线的电平，与传输的逻辑信号1和逻辑0对应。对于逻辑1的称为隐形（Ressive）电平，对应与逻辑0的称为显性（Dominant）电平。

到这里应该对CAN有了一定的了解了，那么你也许会问：

单片机只能传输电平信号，怎么实现这种操作呢？

所以我们就需要另一个芯片作为CAN收发器 把单片机的高低电平信号转化为 CAN总线需要的信号

CAN收发器一般是单独的芯片，并且根据CAN总线的结构不同，需要使用不同的CAN收发器芯片，常见的CAN收发器芯片有TJA1050，TJA1042，SIT1050T，SIT1050T支持高速CAN，传输速率可达1Mbps。

我们的C板上已经有了CAN收发器芯片，所以直接用就可以。

CAN的数据传输特点

（1）CAN总线上的节点既可以发送数据又可以接收数据，没有主从之分。但是在同一个时刻，只能有一个节点在发送数据，其他节点只能接收数据。


（2） CAN总线上的节点没有地址的概念。CAN总线上的数据是以帧为单位传输的。，帧又分为数据帧、遥控帧等多种帧类型，帧包含需要传输的数据或控制信息。


（3）CAN总线具有“线与”的特性，也就是当有两个字节同时向总线发送信号时，一个发送显性电平（逻辑0），另一个发送隐形电平（逻辑1），总线呈现为显性电平，这个特性被用于总线仲裁，也就是哪个节点优先占用总线进行发送操作。

        当没有数据发送时，终端电阻使总线保持在隐性电平。
（4）每个帧也有一个标识符（Indentifier，以下简称ID）。ID不是地址，它表示数据传输的类型，也可以用于总线仲裁时确定优先级。例如，在汽车的CAN总线上，假设用于碰撞检测的节点输出数据帧的ID为01，车内温度检测节点发送数据帧的ID为05等。


（5） 每个CAN节点都接收数据，但是可以对接收的帧ID进行过滤。只有节点需要的数据才会被接收并进一步处理，不需要的数据会被自动舍弃。例如，假设安全气囊控制器只接收碰撞检测节点发出的ID为01的帧，这种ID的过滤是由硬件完成的，以便安全气囊控制器在发生碰撞时能及时响应。


（6）CAN总线通信是半双工的，即总线不能同时发送和接收。在多个节点竞争总线进行发送时，通过ID的优先级进行仲裁，竞争胜出的节点继续发送，竞争失败的节点立刻转为接送状态。


（7）CAN总线没有用于同步的时钟信号，所以需要规定CAN总线通信的波特率，所有节点都必须使用相同的波特率进行通讯。

CAN协议层

CAN总线以“帧”形式进行通信。

CAN协议定义了5种类型的帧：数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、间隔帧，其中数据帧最为常用。


  其中，数据帧和遥控帧有ID，并且有标准格式和拓展格式两种格式，标准格式的ID是11位，拓展格式的ID是29位，下面仅详细介绍数据帧的结构，其他帧的结构可参考相关资料。

数据帧可以分为以下几段。
  （1）帧起始（Start Of Frame，SOF）。帧起始只有一个位，是一个显性电平（逻辑0），表示一个帧的开始。
  （2）仲裁段（Arbitration Field）。仲裁段包括11位的ID和RTR位，共12位。多个节点竞争总线发送数据时，根据仲裁段的数据决定哪个节点优先占用总线。哪个ID先出现显性电平（逻辑0），对应的节点就占用总线。所以，ID数值越小的优先级更高（CAN总线使用的是基于标识符的仲裁机制，标识符中的低位具有较高的权重，因此ID数值小的节点的标识符具有更高的优先级）。如果两个节点发送数据帧的ID相同，再根据仲裁段最后的RTR位进行裁决。
  RTR（Remote Transmit Request）是远程传输请求位，RTR位用于区分数据帧和遥控帧。数据帧的RTR位是显性电平（逻辑0），遥控帧的RTR位是隐形电平（逻辑1）。所以，具有相同ID的数据帧和遥控帧竞争总线时，数据帧优先级更高。
  （3）控制段。控制段包括IDE位、RB0位和4位的DLC，共6位。
IDE是标识符扩展位（Identifier Extension Bit）,用于表示帧是扩展格式还是标准格式。标准格式的IDE是显性电平（逻辑0），拓展格式帧的IDE是隐形电平（逻辑1）。
  RB0是保留位，默认为显性电平。
  DLC是4个位的数据长度编码（Data Length Code），编码数值为0到8，表示后面数据段的字节，遥控帧的DLC编码数值为0，因为遥控帧不传输数据。
  （4）数据段。数据段里面是数据帧需要传输的数据，可以是0到8字节，数据的字节个数由DLC编码确定。遥控帧没有数据段。
  （5）CRC段。检查帧的传输错误的段。CRC共16位，其中前15位是CRC校验码，最后一位总是隐形电平，是CRC段的界定符（Delimiter）。
  （6）ACK段。ACK段包括一个ACK位（Acknowledge Bit）和一个ACK段界定符。发送节点发送的ACK位是隐形电平，接收节点接收的ACK位是显性电平。
  （7）帧结束(End Of Frame，EOF）。帧结束是帧结束段，由7个隐性位表示EOF。
  数据帧或遥控帧结束后，后面一般是帧空间或过载帧，用于分隔开数据帧和遥控帧。

具体参考下图：

到这里基本知识已经了解的差不多了。

更详细的内容请看中科大RM的培训视频。

接下来看CubeMX配置和相应代码

CubeMX配置

在SYS把DEBUG改成sw

在RCC开启外部时钟

配置时钟树

这里需要尤其关注 input frequence 一定一定要是12M 因为C板的硬件给的就是12M晶振，如果你这里配错了 接下来的到板子上的时钟就乱了 就不是你想要的频率了。

然后是开启CAN1

把波特率调整为1M

Normal模式

开NVIC

OK到这就配置完成。

代码

本代码基于中科大RM电控培训的开源代码改编而来

包括接收和发送

一些宏定义和声明

一些必要的宏定义以及声明// 滤波器编号
#define CAN_FILTER(x) ((x) << 3)// 接收队列
#define CAN_FIFO_0 (0 << 2)
#define CAN_FIFO_1 (1 << 2)// 标准帧或扩展帧
#define CAN_STDID (0 << 1)
#define CAN_EXTID (1 << 1)// 数据帧或遥控帧
#define CAN_DATA_TYPE 0
#define CAN_REMOTE_TYPE 1/*** @brief CAN接收的信息结构体**/
typedef struct
{CAN_RxHeaderTypeDef Header;uint8_t Data[8];
} Struct_CAN_Rx_Buffer;/*** @brief CAN通信接收回调函数数据类型**/
typedef void (*CAN_Call_Back)(Struct_CAN_Rx_Buffer *);/*** @brief CAN通信处理结构体**/
typedef struct
{CAN_HandleTypeDef *CAN_Handler;Struct_CAN_Rx_Buffer Rx_Buffer;CAN_Call_Back Callback_Function;
} Struct_CAN_Manage_Object;// CAN通信发送缓冲区
uint8_t CAN1_0x0a0_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0x1ff_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0x200_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0x2ff_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf1_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf2_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf3_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf4_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf5_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf6_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf7_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0xxf8_Tx_Data[8];

这里创建一个两个CAN的结构体用于接收数据


Struct_CAN_Manage_Object CAN1_Manage_Object = {0};
Struct_CAN_Manage_Object CAN2_Manage_Object = {0};

CAN过滤器

/*** @brief 配置CAN的过滤器** @param hcan CAN编号* @param Object_Para 筛选器编号0-27 | FIFOx | ID类型 | 帧类型* @param ID 验证码* @param Mask_ID 屏蔽码(0x3ff, 0x1fffffff)*/
void can_filter_mask_config(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint8_t Object_Para, uint32_t ID, uint32_t Mask_ID)
{// 检测传参是否正确assert_param(hcan != NULL);// CAN过滤器初始化结构体CAN_FilterTypeDef can_filter_init_structure;// 滤波器序号, 0-27, 共28个滤波器can_filter_init_structure.FilterBank = Object_Para >> 3;// 滤波器模式，设置ID掩码模式can_filter_init_structure.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;if ((Object_Para & 0x02)){// 29位 拓展帧//  32位滤波can_filter_init_structure.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;// 验证码 高16bitcan_filter_init_structure.FilterIdHigh = (ID << 3) >> 16;// 验证码 低16bitcan_filter_init_structure.FilterIdLow = ID << 3 | (Object_Para & 0x03) << 1;// 屏蔽码 高16bitcan_filter_init_structure.FilterMaskIdHigh = (Mask_ID << 3) >> 16;// 屏蔽码 低16bitcan_filter_init_structure.FilterMaskIdLow = Mask_ID << 3 | (0x03) << 1;}else{// 11位 标准帧//  32位滤波can_filter_init_structure.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_16BIT;// 标准帧验证码 高16bit不启用can_filter_init_structure.FilterIdHigh = 0x0000;// 验证码 低16bitcan_filter_init_structure.FilterIdLow = ID << 5 | (Object_Para & 0x02) << 4;// 标准帧屏蔽码 高16bit不启用can_filter_init_structure.FilterMaskIdHigh = 0x0000;// 屏蔽码 低16bitcan_filter_init_structure.FilterMaskIdLow = (Mask_ID << 5) | 0x01 << 4;}// 滤波器绑定FIFO0或FIFO1can_filter_init_structure.FilterFIFOAssignment = (Object_Para >> 2) & 0x01;// 从机模式选择开始单元 , 前14个在CAN1, 后14个在CAN2can_filter_init_structure.SlaveStartFilterBank = 14;// 使能滤波器can_filter_init_structure.FilterActivation = ENABLE;// 过滤器配置if (HAL_CAN_ConfigFilter(hcan, &can_filter_init_structure) != HAL_OK){Error_Handler();}
}

CAN初始化函数

/*** @brief 初始化CAN总线** @param hcan CAN编号* @param Callback_Function 处理回调函数*/
void CAN_Init(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_Call_Back Callback_Function)
{if (hcan->Instance == CAN1){CAN1_Manage_Object.CAN_Handler = hcan;CAN1_Manage_Object.Callback_Function = Callback_Function;//         can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(0) | CAN_FIFO_0 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0x200 ,0x7F8);  //只接收0x200-0x207//         can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(1) | CAN_FIFO_1 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0x200, 0x7F8);
//        can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(0) | CAN_FIFO_0 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0x200, 0x7F8);
//        can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(1) | CAN_FIFO_1 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0x200, 0x7F8);can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(0) | CAN_FIFO_0 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0, 0); // 只接收can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(1) | CAN_FIFO_1 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0, 0);}else if (hcan->Instance == CAN2){CAN2_Manage_Object.CAN_Handler = hcan;CAN2_Manage_Object.Callback_Function = Callback_Function;can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(14) | CAN_FIFO_0 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0, 0); // 只接收can_filter_mask_config(hcan, CAN_FILTER(15) | CAN_FIFO_1 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0, 0);}/*离开初始模式*/HAL_CAN_Start(hcan);/*开中断*/HAL_CAN_ActivateNotification(hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING); // can 接收fifo 0不为空中断HAL_CAN_ActivateNotification(hcan, CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING); // can 接收fifo 1不为空中断
}

在这个函数里面利用我们的结构体到HAL的库的底层，分别初始化了CAN1 CAN2，

然后 用了滤波器 （一定要加上这个滤波器要不然收不到数据的）

这个滤波器里面写了起始段 仲裁段 控制段 的内容

CAN发送数据函数

/*** @brief 发送数据帧** @param hcan CAN编号* @param ID ID* @param Data 被发送的数据指针* @param Length 长度* @return uint8_t 执行状态*/
uint8_t CAN_Send_Data(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint16_t ID, uint8_t *Data, uint16_t Length)
{CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;uint32_t used_mailbox;// 检测传参是否正确assert_param(hcan != NULL);tx_header.StdId = ID;tx_header.ExtId = 0;tx_header.IDE = 0;tx_header.RTR = 0;tx_header.DLC = Length;return (HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &tx_header, Data, &used_mailbox));
}

CAN报文回调函数

/*** @brief CAN报文回调函数** @param Rx_Buffer CAN接收的信息结构体*/
void CAN_Motor_Call_Back(Struct_CAN_Rx_Buffer *Rx_Buffer)
{uint8_t *Rx_Data = Rx_Buffer->Data;switch (Rx_Buffer->Header.StdId){//3508电机会传数据回来，之前发送的ID是0x200//所以接收的ID就分别是0x201,0x202,0x203,0x204,0x205,0x206,0x207，0x208//电机的ID是几对应的就是0x20几//要注意的是 电机ID1-4对应0x200 ID5-8对应0x1ffcase (0x202):{Rx_Encoder = (Rx_Data[0] << 8) | Rx_Data[1];Rx_Omega = (Rx_Data[2] << 8) | Rx_Data[3];Rx_Torque = (Rx_Data[4] << 8) | Rx_Data[5];Rx_Temperature = Rx_Data[6];}break;}
}

HAL库CAN接收FIFO中断

/*** @brief HAL库CAN接收FIFO0中断** @param hcan CAN编号*/
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{// CAN_RxHeaderTypeDef header;// uint8_t data;// HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO0, &header, &data);//选择回调函数if (hcan->Instance == CAN1){HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO0, &CAN1_Manage_Object.Rx_Buffer.Header, CAN1_Manage_Object.Rx_Buffer.Data);CAN1_Manage_Object.Callback_Function(&CAN1_Manage_Object.Rx_Buffer);}else if (hcan->Instance == CAN2){HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO0, &CAN2_Manage_Object.Rx_Buffer.Header, CAN2_Manage_Object.Rx_Buffer.Data);CAN2_Manage_Object.Callback_Function(&CAN2_Manage_Object.Rx_Buffer);}}/*** @brief HAL库CAN接收FIFO1中断** @param hcan CAN编号*/
void HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{// 选择回调函数if (hcan->Instance == CAN1){HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO1, &CAN1_Manage_Object.Rx_Buffer.Header, CAN1_Manage_Object.Rx_Buffer.Data);CAN1_Manage_Object.Callback_Function(&CAN1_Manage_Object.Rx_Buffer);}else if (hcan->Instance == CAN2){HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO1, &CAN2_Manage_Object.Rx_Buffer.Header, CAN2_Manage_Object.Rx_Buffer.Data);CAN2_Manage_Object.Callback_Function(&CAN2_Manage_Object.Rx_Buffer);}
}

以上就是所有的偏底层一些的代码了

接下来我们直接调用就可以了

主函数

#include "main.h"
#include "can.h"
#include "gpio.h"#include "drv_can.h"int16_t torque = 500;/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV *//* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_CAN1_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */CAN_Init(&hcan1, CAN_Motor_Call_Back);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){CAN1_0x200_Tx_Data[2] = (torque >> 8) & 0xFF;CAN1_0x200_Tx_Data[3] = torque & 0xFF;CAN_Send_Data(&hcan1,0x200,CAN1_0x200_Tx_Data,8);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

大疆电机的控速是直接给电流的

他有一个映射的范围

我们的传过去的数据是2字节的所以采用

CAN1_0x200_Tx_Data[2] = (torque >> 8) & 0xFF;
CAN1_0x200_Tx_Data[3] = torque & 0xFF;

的方法来写入。

根据3508电机的使用手册，要根据不同的ID来往不同的位里面写数据。

总结

总结起来，如果我们不看底层的话，实际上要我们调用的函数其实很少。

就跑一个初始化CAN_Init

把数据写入相对应的数组内

再用CAN_Send_Data发送出去就好了

然后我们也可以在CAN_Motor_Call_Back这个回调函数中接收电调发来的消息，进行一些其他的处理等等。

本文参考链接如下：

中科大RM电控合集

HAL库STM32常用外设—— CAN通信（一）_stm32 hal can-CSDN博客

趋近于完美的通讯 CAN总线！4分钟看懂！

http://www.xdnf.cn/news/19045.html

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