微控制器（MCU）与CAN总线的连接是工业控制、汽车电子、物联网等领域的核心技术。以下是详细的连接方法、硬件设计、软件配置及调试技巧，确保通信稳定可靠。

一、CAN总线连接基础

1. CAN总线特性

• 物理层：差分信号（CAN_H和CAN_L），抗干扰能力强，适合长距离传输。

• 通信速率：10kbps~1Mbps（速率越高，传输距离越短）。

• 拓扑结构：总线型，支持多节点（最多110个，视总线长度和负载而定）。

2. 微控制器与CAN总线的接口

• 集成CAN控制器：部分MCU内置CAN控制器（如STM32、NXP S32K、Microchip SAM系列），只需外接物理层收发器。

• 外接CAN控制器：若MCU无内置CAN控制器，需外接CAN控制器芯片（如MCP2515）和收发器。

二、硬件连接步骤

1. 典型连接方案（内置CAN控制器的MCU）

• 所需元件：

• MCU（如STM32F103C8T6，内置CAN控制器）。

• CAN收发器（如TJA1050、MCP2551）。

• 终端电阻（120Ω，两端各一个）。

• 共模电感（可选，抑制EMI）。

• 连接图：

• 关键点：

• MCU的CAN_TX和CAN_RX分别连接收发器的TXD和RXD。

• 收发器的CAN_H和CAN_L接总线，两端加120Ω终端电阻。

• 收发器的供电电压需与MCU一致（3.3V或5V）。

2. 外接CAN控制器的连接方案

• 所需元件：

• MCU（如STM32F030，无内置CAN控制器）。

• CAN控制器芯片（如MCP2515，SPI接口）。

• CAN收发器（如TJA1050）。

• 终端电阻（120Ω）。

• 连接图：

MCU (SPI接口)             MCP2515 (CAN控制器)      TJA1050 (收发器)       CAN总线 ------------------------- ------------------------ ---------------------- ---------------- SPI_SCK   ----->           SCK                      SCK (不直接连接)       (不连接) SPI_MOSI  ----->           SI                       SI (不直接连接)        (不连接) SPI_MISO  <-----           SO                       SO (不直接连接)        (不连接) SPI_CS    ----->           CS                       CS (不直接连接)        (不连接) INT       <-----           INT                      INT (不直接连接)       (不连接) GND       <-----           GND                      GND                    CAN_GND VCC       <-----           3.3V                     VCC (3.3V)             (不连接)                                                    TXD   ----->           TXD                                                    RXD   <-----           RXD                                                    CAN_H  ----->           CAN_H                                                    CAN_L  <-----           CAN_L

• 关键点：

• MCU通过SPI接口与MCP2515通信，MCP2515的TXD和RXD连接收发器。

• 终端电阻仍需接在总线两端。

三、软件配置要点

1. 内置CAN控制器的MCU配置（以STM32为例）

• 步骤：

• 根据总线速率计算BRP、TS1、TS2等参数。

• 示例：500kbps（APB1时钟48MHz）：

• 启用CAN外设时钟（如RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE)）。

• 配置CAN_TX为复用推挽输出，CAN_RX为浮空输入。

1. 初始化GPIO：

2. 配置CAN时钟：

3. 设置波特率：

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

• 
  

• 调用CAN_Init()函数启用CAN控制器。

• 设置接收滤波器，只接收特定ID的消息。

1. 配置滤波器：

2. 启用CAN：

• 示例代码（发送数据）：

2. 外接CAN控制器的MCU配置（以MCP2515为例）

• 步骤：

• 设置CNF1、CNF2、CNF3寄存器。

• 示例：500kbps（16MHz晶振）：

• 通过SPI发送复位指令（0xC0）。

• 配置SPI时钟、模式（CPOL=0, CPHA=0）、数据位（8位）。

1. 初始化SPI接口：

2. 复位MCP2515：

3. 配置波特率：

• 
  

• 设置CANCTRL寄存器为正常模式（0x80）。

• 设置RXF0SIDH、RXM0SIDH等寄存器。

1. 配置滤波器：

2. 启用MCP2515：

• 示例代码（发送数据）：

四、调试与常见问题

1. 通信失败排查

• 确认波特率一致（所有节点需相同）。

• 检查滤波器配置（确保未误过滤有效消息）。

• 用示波器测量CAN_H和CAN_L的差分电压（正常为2V~3V）。

• 确认终端电阻已连接（总线两端各120Ω）。

• 检查收发器供电电压是否正确。

• 检查硬件：

• 检查软件：

2. 电磁干扰（EMI）问题

• 使用双绞线（如AWG24），线长<100m（500kbps时）。

• 在CAN_H和CAN_L之间增加共模电感（如B82793S0131N101）。

• 避免总线与电源线平行布线。

• 解决方案：

3. 数据丢失问题

• 增加中断处理程序，及时读取接收缓冲区。

• 降低总线速率或优化通信协议。

• 缓冲区溢出（未及时处理接收数据）。

• 总线负载过高（超过总线容量）。

• 原因：

• 解决方案：

五、推荐配置与选型

1. 内置CAN控制器的MCU推荐

• SAM D21（低功耗，内置CAN控制器）。

• S32K144（汽车级，支持CAN FD）。

• STM32F103C8T6（低成本，内置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控制器推荐

• 支持CAN FD，高速率（5Mbps）。

• SPI接口，支持标准CAN 2.0A/B。

• MCP2515：

• TJA1042T：

3. CAN收发器推荐

• 工业级，支持-40℃~+125℃。

• 高速CAN，支持1Mbps，抗干扰能力强。

• TJA1050：

• MCP2551：

六、总结

1. 连接步骤：

• 内置CAN控制器的MCU：MCU的CAN_TX/RX接收发器的TXD/RXD，收发器CAN_H/CAN_L接总线并加终端电阻。

• 外接CAN控制器的MCU：MCU通过SPI/UART等接口连接CAN控制器，CAN控制器再连接收发器。

2. 关键点：

• 波特率必须一致。

• 终端电阻和共模电感不可省略。

• 软件滤波器需合理配置。

3. 调试工具：

• 示波器（测量差分电压和总线阻抗）。

• CAN分析仪（监控通信数据，如Peak PCAN-USB）。

直接建议：

• 优先选择内置CAN控制器的MCU（如STM32F103），简化设计。

• 波特率500kbps是工业常用值，兼容性好。

• 用示波器验证差分电压（2V~3V）和总线阻抗（60Ω±10%）。

最终结论：

• 硬件连接：MCU的CAN_TX→收发器TXD，CAN_RX←收发器RXD，收发器CAN_H/CAN_L接总线并加终端电阻。

• 软件配置：正确设置波特率、滤波器，并启用中断处理接收数据。

• 调试工具：示波器（测量差分电压）、CAN分析仪（监控通信数据）。

建议：参考具体MCU和收发器的官方文档（如《STM32F103参考手册》《TJA1050数据手册》）进行详细配置。