代码收藏家技术教程 2023-08-13

从零开始控制RoboMaster电机（3）- 与电调建立通信详解

硬件以及软件环境：

STM32Cube_FW_F4_V1.26.2

MDK-ARM 5.29.0.0

大疆RoboMaster开发板A型开发板（STM32F427IIHx）/C型开发板（STM32F407IGTx）

源码：

RM_ctrl

本系列文章目录：
【RoboMaster】从零开始控制RM电机（2）-CAN通信原理及电调通信协议

【RoboMaster】从零开始控制RM电机（3）- 建立与电调的通信

【RoboMaster】从零开始控制RM电机（4）-单环PID控制

注：本系列文章同步更新RoboMaster电控学习的相关知识、分享开源代码以及对代码的部分解释到这一个专栏中。

文章目录

为了建立起与电调的通信，我们需要使用到STM32的CAN通信功能，同时为了使编程更加高效，减少花在底层配置上的时间，这里使用了CUBAEMX+HAL库编程。

整体分为CUBEMX配置、初始化、报文收发处理三部分。

一、CUBEMX配置代码底层

1.1 基础配置

包含时钟源、系统配置、运行主频以及生成选项，这一部分配置与其他项目是相同的所以不上图了。

1.2 使能CAN并更改IO口

分别在CAN1和CAN2配置窗口勾选Activated开启CAN通信功能

由于A板上使用的CANIO口并不是CUBEMX默认IO，所以需要根据A型开发板原理图进行修改。修改后的IO如下：

此处注意如果使用的是C型开发板需要根据C型开发板的原理图修改到对应的IO口，否则将导致C型开发板无法与电机进行通信。C型开发板修改后的IO对应如下图：

1.3 CAN通信参数设置

在这里主要配置CAN通信的波特率。将里面的选项按下图步骤依次修改，先修改 Time Quanta（tq），再修改 Prescaler （分频系数）。不论是A型开发板或是C型开发板的运行频率都是168MHz，所以他们的波特率设置是相同的。

可以看到最终结果波特率一栏为1Mbit/s，即CAN总线支持的最高通讯波特率。

1.4 中断设置

分别为CAN1、CAN2接口开启数据发送中断和数据接收中断，以便在中断函数中处理收发的数据。CAN1、CAN2设置如下：

至此，在CUBEMX内对于STM32的双路CAN配置完成，在配置完成CAN通信之后若有需要开启FreeRTOS的需求则再在FreeRTOS配置中开启并为电机控制创建任务函数即可。最后点击Generate生成项目文件。

二、CAN通信初始化

经过CUBEMX的生成之后，可以得到一份完整的底层代码。进入Keil之后编译验证通过之后就可以进入下一步，CAN通信过滤器初始化。

由于项目中使用了双路CAN通信，所以需要对CAN通信过滤器进行配置。首先需要使能CAN过滤器，设置过滤器的工作模式位标识符屏蔽位模式且位宽为32位，并设置过滤器标识符寄存器和屏蔽位寄存器均为0。双路CAN模式下可选过滤器地址为0_{27，本项目中将CAN1过滤器组起始设为0，CAN2过滤器组起始设为14。即CAN1使用地址为0}13的过滤器组，CAN2使用地址为14~27的过滤器组。

最后调用HAL_CAN_Start函数使能CAN控制器和HAL_CAN_ActivateNotification使能CAN中断即可。初始化函数如下：

void can_filter_init(void)
{
	CAN_FilterTypeDef can_filter_st;	                //定义过滤器结构体
    can_filter_st.FilterActivation = ENABLE;			//ENABLE使能过滤器
    can_filter_st.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;	//设置过滤器模式--标识符屏蔽位模式
    can_filter_st.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;	//过滤器的位宽 32 位
    can_filter_st.FilterIdHigh = 0x0000;				//ID高位
    can_filter_st.FilterIdLow = 0x0000;					//ID低位
    can_filter_st.FilterMaskIdHigh = 0x0000;			//过滤器掩码高位
    can_filter_st.FilterMaskIdLow = 0x0000;				//过滤器掩码低位
    
    can_filter_st.FilterBank = 0;						//过滤器组-双CAN可指定0~27
    can_filter_st.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;	//与过滤器组管理的 FIFO
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &can_filter_st);		//HAL库配置过滤器函数
    HAL_CAN_Start(&hcan1);								//使能CAN1控制器
    HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);//使能CAN的各种中断

    can_filter_st.SlaveStartFilterBank = 14;   //双CAN模式下规定CAN的主从模式的过滤器分配，从过滤器为14
    can_filter_st.FilterBank = 14;						//过滤器组-双CAN可指定0~27
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan2, &can_filter_st);		//HAL库配置过滤器函数
    HAL_CAN_Start(&hcan2);								//使能CAN2控制器
    HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan2, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);//使能CAN的各种中断
}

经过CAN过滤器初始化之后，STM32已经可以跟其他CAN设备进行通信了。接下来只需要根据上一篇文章的内容正确地处理CAN收发数据即可使用STM32控制其他CAN设备。

三、CAN通信报文解码收发

在收发数据处理之前，首先建立一个结构体用于存放电机的数据，包括前文所说的速度、角度、转矩电流、转子温度等数据，结构体定义如下：

Motor_measure_t Motor_measure[14];

typedef struct{
	int16_t	 	speed;
  int16_t  	torque_current;
	int16_t   Output;
  uint8_t  	temp;
	int16_t 	angle;				//abs angle range:[0,8191]
	int16_t 	last_angle;	        //abs angle range:[0,8191]
	int32_t		round_cnt;
	int32_t		total_angle;
}Motor_measure_t;

由于CAN初始化时已经开启了CAN接收中断，CAN接口接收到数据之后会调起中断回调函数HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback，我们只需要在这个函数中将接收到的数据进行处理并区分不同ID和对应CAN接口，然后调用Motor_measure_fun函数进行数据解析即可得到对应电机的反馈数据了。数据解析方法参考RM电机CAN通信协议进行，上述两个函数源码如下：

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
	CAN_RxHeaderTypeDef RX_Header;	//数据帧帧头
	uint8_t RX_BUFFER[8];	//接收存放数据帧数据的数组
	HAL_CAN_GetRxMessage(hcan,CAN_RX_FIFO0,&RX_Header,RX_BUFFER);	
	
	static uint8_t i = 0;
	if(hcan==&hcan1){		
		i = RX_Header.StdId - Chassis_3508A;		
		Motor_measure_fun(&Motor_measure[i], RX_BUFFER);	
	}
	else if(hcan==&hcan2){    
		i = RX_Header.StdId - CAN2_3508_ID1 + 7;	
		Motor_measure_fun(&Motor_measure[i], RX_BUFFER);	
	}
}

void Motor_measure_fun(Motor_measure_t *ptr,uint8_t* RX_buffer)
{
	ptr->last_angle = ptr->angle;		
	ptr->angle = (uint16_t)((RX_buffer)[0] << 8 | (RX_buffer)[1]); 	//转子机械角度
	ptr->speed = (uint16_t)((RX_buffer)[2] << 8 | (RX_buffer)[3]);	//转子转速(rpm)
	ptr->torque_current = (uint16_t)((RX_buffer)[4] << 8 | (RX_buffer)[5]);	//转矩电流
	ptr->temp = (RX_buffer)[6];         
	if(ptr->angle - ptr->last_angle > 4096)				
		ptr->round_cnt --;								
	else if(ptr->angle - ptr->last_angle < -4096)		
		ptr->round_cnt ++;
	ptr->total_angle = ptr->round_cnt * 8192 + ptr->angle;	
}

以上为CAN通信数据接收的数据解析部分，完成以上部分可以接收到电机的反馈数据。下一步为电机控制的数据发送部分，由电机的通信协议可知发送控制电流值时为每路CAN的低四位电机、高四位电机为一组进行控制，所以发送函数内将四个电机的控制电流一起发送到CAN总线上。该函数仅将数据进行处理之后调用HAL_CAN_AddTxMessage将数据传入发送邮箱并激活发送请求，函数源码如下：

void Set_motor_cmd(CAN_HandleTypeDef *hcan,uint32_t STDID,int16_t motor1,int16_t motor2,int16_t motor3,int16_t motor4)
{
	uint32_t send_mail_box;	
	CANx_tx_message.StdId = STDID;			
	CANx_tx_message.IDE = CAN_ID_STD;		
    CANx_tx_message.RTR = CAN_RTR_DATA;	
    CANx_tx_message.DLC = 0x08;			
	
	CANx_send_data[0] = motor1 >> 8;		
	CANx_send_data[1] = motor1;
	CANx_send_data[2] = motor2 >> 8;
	CANx_send_data[3] = motor2;
	CANx_send_data[4] = motor3 >> 8;
	CANx_send_data[5] = motor3;
	CANx_send_data[6] = motor4 >> 8;
	CANx_send_data[7] = motor4;

	HAL_CAN_AddTxMessage(hcan,&CANx_tx_message, CANx_send_data,&send_mail_box);	
}