论文总字数：17643字

摘 要

随着工业技术发展到如今的地步，整个人类社会已经在上世纪下半叶步入第三次工业革命的时代。为了在现有的基础上提高工业控制的可靠性以及灵活性，并降低生产的成本，有不少企业集团进行了相关的研发。最终，第一个先于其他公司提出具体解决方案的公司是德国的博世，这个方案就是我们常说的控制器局域网，即CAN总线[1]。

经过不断地发展与改进，在如今的控制领域中，CAN总线的应用已经到了司空见惯的地步。在诸如汽车制造的传统制造行业中，这种总线可以让汽车控制更加简单易实现，就能在一定幅度上降低技术成本[2]。与此同时，性价比高的CAN总线在工业控制、机器人、船舶等领域，也起到了巨大的推动作用。而为了实现CAN总线控制，则必须采用相应的工业芯片。

本文将描述如何应用意法半导体出品的STM32F103处理器的bxCAN模块，以及型号为TJA1050的CAN总线收发器在嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的基础上进行报文发送任务。并通过编译的应用程序在开发硬件上完成测试，在硬件设备上完成报文的传输工作。

关键词：STM32；CAN总线；TJA1050；嵌入式系统

ABSTRACT

With the development of industrial technology to the present stage, the whole human society has entered the era of the third industrial revolution in the second half of the last century. In order to further improve the reliability and flexibility of system control and reduce the cost of production, many enterprises have carried out relevant research and development. Finally, the first company to come up with a concrete solution before other companies was Bosch of Germany, which is known as the controller LAN, or CAN bus.

After continuous development and improvement, in today's control field, the application of CAN bus has become commonplace. In traditional manufacturing industries, such as automobile manufacturing, this bus can make vehicle control easier to implement, which can reduce the technology cost to a certain extent. At the same time, the cost-effective CAN bus in the industrial control, robotics, ships and other fields, also played a huge role in promoting. In order to realize CAN bus control, the corresponding industrial chip must be used.

This article describes how to apply Stmicroelectronics production bxCAN STM32F103 processor module, as well as the model for the CAN bus transceiver TJA1050 in the embedded operating system based on μC/OS - Ⅱ sending message task. And through the compilation of the application program in the development of hardware debugging, completing message transmission on the hardware device.

Key words：STM32；CAN BUS；TJA1050；embedded system

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究概况 1

1.3 论文内容及结构 2

第二章 CAN总线技术概述 4

2.1 CAN总线通信原理 4

2.2 CAN总线特性 4

2.3 CAN总线的帧 6

2.4 CAN总线报文中帧的简介 7

第三章 STM32的bxCAN模块 10

3.1 bxCAN的功能 10

3.2 bxCAN模块的运行 10

3.3 bxCAN模块操作 11

3.4 bxCAN的三大类寄存器简述 13

第四章 CAN总线硬件电路设计 15

4.1 有关CAN总线网络拓扑的介绍 15

4.2 总线通信硬件设计及其原理图 15

4.3总线电路硬件组成 16

4.3.1 TJA1050 16

4.3.2 STM32F103处理器 17

第五章 软件的设计 19

5.1 STM32在Keil MDK的工程 19

5.2 μc/os-Ⅱ的系统软件设计 19

5.3 重要程序及函数的列举 20

结论 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

1.1 研究背景

控制器局域网作为当下国际上普遍应用的现场总线，在它诞生之初主要的用途其实是为了制造更加智能的汽车，但随着相关技术的不断进步，其目前便主要应用在各类过程检测和控制之中，并不断向越来越多的领域开拓。就其应用市场和应用领域而言，如果能搭上新一波的技术浪潮，CAN总线在未来必定大有可为。

在1993年时，CAN总线协议成为国际标准ISO-11898以及ISO-11519。随着通信技术愈加先进，CAN总线各项协议依靠在通信方面上的高可靠性、功能、成本合理等特性，成为工业上近程网络通信的主流控制方式之一，已经遍布于各种机械的自动化系统中。在轮船自动控制、汽车电子、电力网络等一系列重要领域中，CAN总线都有着无与伦比的重要意义。

目前而言，这种开放型数字化而且可以多个节点进行信息传输的现场总线，是控制领域中所有主流的现场总线技术中最有广阔应用前景的，适用于实时通信网络。与此同时，由于CAN总线有着许许多多的优良特性，比如信息传输速率高、制造及维护成本低廉、应用的可塑造性强以及运行状况稳定且错误率低等，使得其在通信方面收到愈加广泛的关注。

1.2 国内外研究概况

在欧美等老牌发达国家中，相关企业依托于发达的汽车工业以及其他产业，总线技术得到迅猛的发展。根据记载，最早的总线标准便是由博世公司、梅赛德斯-奔驰公司、英特尔公司以及德国的两所大学工程师和研究人员一同研究制订的。博世公司于1986年在美国汽车工程师协会会议中提出CAN总线标准，随后英特尔公司和飞利浦半导体公司相继推出其首款CAN总线控制芯片。

虽然CAN总线的相关协定在多年前就推出了比较成熟的版本，但是因为市场的需求，其仍旧在不断地更新迭代。早在2000年之时，大组织国际标准化组织的人士就商定出了一套成熟的CAN总线报文协议。该协议由博世公司以及半导体行业专家组成的团队加上米勒博士一起将其命名为“时间触发通信CAN（TT CAN）”，将会把其归属于国际标准ISO11898中[3]。

迄今为止，大量的CAN总线实际应用多是在船用及车用等各种传统领域，但根据其在控制和近程通信的优良性能，在不远的将来必定大有可为。值得注意的是，最近这两年也是所谓的5G时代的开端。大量潜在的新应用会慢慢浮出水面，而5G时代下更少的人为操作，类似于CAN总线的智能控制将大行其道。在可以预见的未来中，无人驾驶、无人工厂、无人船舶、智能家居等一系列前沿的技术都可以以CAN总线通信为依托来实现，笔者作为船舶相关专业的学生，对于无人船舶了解更加深入。由于人为因素在船舶乃至更多领域的事故中都占据了大部分，可以说CAN在其中的应用为这些领域提供了更多的安全感。并且CAN在网络控制下构建起的无人设施及智能设施将极大的降低商业运作的成本，已经有一些公司和资本，比如国内的BAT（百度，阿里巴巴，腾讯）以及国外的谷歌和博世等知名企业已经开始了的无人驾驶的研究及技术积累，而像中船工业以及罗尔斯-罗伊斯还有三井等企业也在无人船舶上发力。

其实，在国内的4G网络高速发展时，也曾经有一些研究人员做过以4G网络通信模块为主要手段对CAN总线的状态信息进行传输汇总，再用云服务器对数据进行处理。但受制于4G的网络传输速率低且实时性差等先天条件，并不能有效的应用于工业领域。在不久的将来，或许就是五年到十年之间，这类网络与CAN高度融合以达到无人化的技术一定能够实现并且大规模地应用于我们的日常生活中。

1.3 论文内容及结构

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