数据传输实验演示

Tutorial: 卓越工程师 Category: 嵌入式 Published: 2026-10-23 11:05:29 Views: 0 Likes: 0 Comments: 0

227.4.1 数据传输实验演示

本节的重点是搭建硬件、理解数据链路并验证自定义协议，视频没有现场编写业务源码。串口转 CAN 和 CAN 接收解析代码会从后续课程开始逐步编写，因此这里不把配套工程中的最终代码提前贴入，以免打乱学习顺序。

一、数据传输实验演示

1.1 整体框架

1.1.1 数据从电脑到仪表盘的完整路径

本实验使用两块 STM32F103 开发板，模拟“数据采集/转发节点”和“仪表显示节点”：

顺序设备或接口本实验中的作用
1电脑上的串口助手按十六进制发送一条 8 字节测试指令
2USB 转 TTL 模块把电脑 USB 数据转换成 MCU 串口电平
3STM32F103C8T6 的 USART2接收测试指令
4C8T6 与 CAN 收发器C8T6 把 8 字节数据放进 CAN 数据帧；收发器把 MCU 侧逻辑电平转换成 CANH/CANL 差分信号
5CANH、CANL 总线把 CAN 帧传到另一块开发板
6STM32F103ZET6 与 CAN 收发器收取 CAN 帧并解析数据
7ZET6 上的 LVGL 仪表盘更新指针、报警图标、日期和时间

可以把这条路径记成：

电脑 → USB 转 TTL → C8T6 USART2 → C8T6 CAN → CANH/CANL → ZET6 CAN → LVGL 仪表盘。

C8T6 的 USART1 另接一只 USB 转 TTL 模块，只负责向电脑打印调试日志，不参与测试指令的输入。复位 C8T6 后，日志串口会输出 C8T6 running，可据此判断两个串口中哪一个是日志口、哪一个是数据口。

1.1.2 ZET6 侧硬件连接
外设外设引脚ZET6 开发板连接信号方向与含义
LCD按前面课程已有接线ZET6 对应 LCD 接口显示 LVGL 仪表盘
CAN 收发器VCC开发板 5V按视频所用模块的供电方式给收发器模块供电
CAN 收发器GND开发板 GND电源地与信号参考地
CAN 收发器TX/TXDPA12（CAN_TX）MCU 的 CAN 发送信号进入收发器
CAN 收发器RX/RXDPA11（CAN_RX）收发器把总线数据送入 MCU

ZET6 开发板在视频中通过数据线供电。PA11、PA12 是 MCU 的 CAN 控制器信号脚，不能直接接到另一块 MCU；两端必须各经过 CAN 收发器，再由收发器之间的 CANH、CANL 相连。

1.1.3 C8T6 侧硬件连接

CAN 收发器：

CAN 收发器引脚C8T6 连接作用
VCC开发板 5V按视频所用模块给收发器模块供电
GND开发板 GND共地
TX/TXDPA12（CAN_TX）MCU 向 CAN 收发器发送逻辑信号
RX/RXDPA11（CAN_RX）MCU 从 CAN 收发器接收逻辑信号

USB 转 TTL 模块 1——USART1 日志口：

USB 转 TTL 引脚C8T6 连接原因
GNDGND两端必须有共同电位参考
TXPA10（USART1_RX）发送端接对方接收端
RXPA9（USART1_TX）接收端接对方发送端

USB 转 TTL 模块 2——USART2 数据口：

USB 转 TTL 引脚C8T6 连接原因
GNDGND两端必须共地
TXPA3（USART2_RX）串口助手下发的数据由这里进入 MCU
RXPA2（USART2_TX）为双向通信预留；本节主要使用电脑到 MCU 的方向

串口接线要“交叉连接”，即一端的 TX 接另一端的 RX；CAN 收发器模块标注的 TXD、RXD 则按信号功能连接到 MCU 的 CAN_TX、CAN_RX。两者不要混淆。

1.1.4 CAN 总线侧连接与终端电阻

两只 CAN 收发器之间至少要连接：

  • CANH 对 CANH；
  • CANL 对 CANL；
  • 实验台上建议同时连接参考地，避免两块板的地电位差过大。

CANH/CANL 是一对差分信号线。接收器判断的是两根线之间的电压差，所以它比单根信号线更能抵抗两线共同受到的干扰。高速 CAN 推荐采用总线型（线型）拓扑，并在物理总线的两个末端各放置一个与线缆阻抗匹配的 120 Ω 终端电阻，以抑制信号反射。

本实验只有两个节点时，两块收发器模块通常分别位于总线两端。若模块自带 120 Ω 电阻或跳帽，应先查看模块丝印/原理图，不能再盲目并联额外终端。断电后用万用表测量 CANH 与 CANL，两个 120 Ω 并联的等效阻值约为：

[ R_{eq}=\frac{120\times120}{120+120}=60\ \Omega ]

实际读数会受板上其他器件和万用表影响，但明显接近 60 Ω 可作为“两端终端都已接入”的快速检查。若约为 120 Ω，通常只有一只终端；若显著小于 60 Ω，要排查是否接了过多终端。

1.1.5 供电与 USB 接口注意事项
  • 视频给出的 C8T6 供电方式是：使用开发板数据线供电，或者由 USB 转 TTL 模块的 5V 给开发板供电。应选择一种明确、可靠的供电路径。
  • 不要在不了解电源电路的情况下，把多个电脑 USB 口的 5V 输出直接并接在一起；不同端口之间可能出现反向灌电流。若已经用数据线给板供电，USB 转 TTL 通常只接 GND/TX/RX 即可。
  • “模块以 5 V 供电”不等于“串口信号应使用 5 V 电平”。STM32F103 的 I/O 工作电压和具体引脚耐压要以芯片数据手册、开发板原理图及 USB 转 TTL 模块电平选择为准。实验中优先确认 TTL 模块的逻辑电平档位与目标板兼容。
  • 电脑 USB 口不足时可以使用 USB HUB，但连接多个开发板、两个串口模块和屏幕后，应关注 HUB 的供电能力及枚举稳定性。
1.1.6 两个串口助手窗口的设置与识别

视频中使用两个串口助手实例：

窗口对应接口发送/显示方式用途
数据窗口C8T6 USART2发送区选择 HEX下发 8 字节二进制协议
日志窗口C8T6 USART1接收区按 ASCII 文本显示查看启动信息和 CAN 发送日志

串口参数为 115200 波特率、8 个数据位、无校验、1 个停止位、无流控，常简写为 115200，8N1。视频里的 COM3、COM5 只是授课电脑当时分配的端口号，在另一台电脑上不一定相同。可按以下方法确认：

  1. 在设备管理器或串口助手中观察插拔前后的端口变化；
  2. 给两个 USB 转 TTL 模块贴上“USART1 日志”“USART2 数据”标签；
  3. 复位 C8T6，能看到 C8T6 running 的窗口就是 USART1 日志口；
  4. 若乱码，先检查波特率、数据位、校验位和停止位，而不是立刻怀疑 CAN。
1.1.7 C8T6 在本实验中的角色

课程用 C8T6 模拟 VCU。VCU 的规范英文名称是 Vehicle Control Unit（整车控制器），不是“Central Control Unit”。在真实电动汽车中，VCU 一般参与整车状态协调、驾驶意图处理、扭矩仲裁和能量管理，并与 BMS、电机控制器、仪表等多个控制器通信。

本实验中的 C8T6 只是一个教学用数据网关：从串口接收人工构造的数据，再转发到 CAN 总线。它帮助理解“多个 ECU 经 CAN 交换数据”的基本结构，但并不等同于量产 VCU。真实车规控制器还要考虑车规器件、电源保护、EMC、诊断、故障降级和功能安全等问题。

1.2 实验演示

1.2.1 日期与时间校准
1.2.1.1 8 字节应用层协议

本节所有测试报文都固定发送 8 字节：

字节位置含义说明
Byte0帧头 0xAFC8T6 只转发首字节为 0xAF 的一组数据
Byte1指令 ID决定本帧更新哪一个仪表项目
Byte2～Byte7参数或填充字节具体含义由指令 ID 决定；未使用的位置在演示中填 0xAF

配套工程可核对出：C8T6 的 USART2 每次按固定长度接收 8 字节，随后用标准 CAN 数据帧、标识符 0x0B4、数据长度 8 字节进行转发；ZET6 只解析标识符为 0x0B4 且 Byte0 为 0xAF 的帧。0x0B4 属于 CAN 帧头中的标识符，不占上表的 8 字节数据区。

这里要区分两层概念：

  • 经典 CAN 的数据区上限是 8 字节，所以课程把一条应用消息设计成 8 字节；
  • 0xAF 是课程自定义的应用层帧头，不是 CAN 标准规定的固定帧头；
  • 当前应用协议没有额外的长度字段、序号或应用层校验和，但 CAN 控制器仍会在底层使用 CAN 自身的 CRC 等差错检测机制；
  • 串口侧采用“每收到 8 字节就处理一次”的定长分组。如果传输中少一个或多一个字节，后续分组可能错位。量产协议通常还会增加长度、校验、超时与重新同步机制，本节暂不展开实现。
1.2.1.2 指令定义
Byte1 指令 ID功能参数定义
0x01仪表指针Byte2：0～100 的百分比，当前工程将其映射到约 0～250°；这不是直接发送真实转速值
0x02水温报警图标Byte2：0 为白色/不报警，1 为红色/报警
0x03安全带图标Byte2：0 为白色，1 为红色
0x04灯光图标Byte2：0 为白色，1 为黄色，2 为红色
0x05转向灯图标Byte2：0 为关闭，1 为点亮/红色
0x06设置日期Byte2：年份前两位；Byte3：年份后两位；Byte4：月；Byte5：日
0x07设置时间Byte2：时；Byte3：分；Byte4：秒

视频思维导图把小时范围写成 0～12、分秒写成 0～60，这两处不准确。本实验使用 24 小时制，合理范围应为：小时 0～23，分钟和秒 0～59。月份应为 1～12，日期还必须符合当月天数和闰年规则，不能只检查是否小于等于 31。

1.2.1.3 串口助手中的实际测试指令

发送区必须选择 HEX（十六进制）发送。如果选择 ASCII 发送，输入字符 AF 实际发送的是字符 'A'、'F' 的编码 0x41 0x46，不会得到一个字节 0xAF。

测试项目发送的 8 字节预期现象
指针 17%AF 01 11 3B 30 01 AF AFByte2 的 0x11=17，指针移到约 17% 位置
指针 49%将上条 Byte2 改为 310x31=49，指针继续向右转
指针 81%将上条 Byte2 改为 510x51=81，指针再向右转
水温不报警AF 02 00 AF AF AF AF AF水温图标为白色
水温报警AF 02 01 AF AF AF AF AF水温图标变红
安全带白色AF 03 00 AF AF AF AF AF安全带图标为白色
安全带红色AF 03 01 AF AF AF AF AF安全带图标变红
灯光白色AF 04 00 AF AF AF AF AF灯光图标为白色
灯光黄色AF 04 01 AF AF AF AF AF灯光图标变黄
灯光红色AF 04 02 AF AF AF AF AF灯光图标变红
转向灯关闭AF 05 00 AF AF AF AF AF转向灯图标关闭
转向灯点亮AF 05 01 AF AF AF AF AF转向灯图标点亮/变红

指针测试第一条中的 Byte3～Byte7 对当前接收程序没有业务意义，只是占满固定 8 字节；它们不是校验码。变量名虽然沿用了 rpm，本节协议实际传递的是 0～100 的位置百分比，不能把 0x11 理解为 17 r/min。

1.2.1.4 日期校准

视频发送：

AF 06 14 19 07 14 AF AF

各字节必须按十六进制换算：

  • Byte2 0x14=20，表示年份前两位；
  • Byte3 0x19=25，表示年份后两位；
  • Byte4 0x07=7，表示 7 月；
  • Byte5 0x14=20，表示 20 日。

因此该指令表示 2025-07-20，不是原笔记中的 2025-07-30。视频里仪表实际显示 7 月 20 日，讲师随后也纠正了口误。后续把 Byte4 改成 0x08、Byte5 改成 0x16，则表示 2025-08-22，因为 0x16=22。

配套接收工程虽然把 Byte2～Byte5 全部打包保存，但真正调用 STM32 RTC 设置日期时只取 Byte3、Byte4、Byte5；显示字符串的世纪部分又固定写为 20。因此本课程当前实现实质上只适合显示 2000～2099 年，Byte2 尚未真正参与 RTC 年份设置。这里记录的是现有课程行为，不应误认为 STM32F1 RTC 自带四位年份寄存器。

1.2.1.5 时间校准

视频发送：

AF 07 10 08 21 AF AF AF

换算结果为：

  • Byte2 0x10=16：16 时；
  • Byte3 0x08=8：8 分；
  • Byte4 0x21=33：33 秒。

因此该指令设置的是 16:08:33。这也直接证明协议采用 24 小时制，而不是思维导图误写的 0～12 小时。

1.2.1.6 完整实验步骤
  1. 断电检查两块开发板、两只 CAN 收发器、CANH/CANL、参考地和两个 USB 转 TTL 模块的接线。
  2. 检查 CAN 总线两端的终端电阻，不要重复接入过多的 120 Ω 电阻。
  3. 给 ZET6 和 C8T6 上电，打开两个串口助手窗口。
  4. 把两个窗口都配置为 115200、8N1、无流控；数据窗口选择 HEX 发送，日志窗口按文本接收。
  5. 复位 C8T6，通过 C8T6 running 确认日志口。
  6. 从 USART2 数据窗口逐条发送 8 字节指令。
  7. 同时观察三处结果：数据窗口是否确实发出 8 字节、日志窗口是否打印 CAN 发送记录、ZET6 仪表盘是否产生对应变化。
  8. 一次只修改一个字段并重发，结合十六进制到十进制的换算判断结果是否正确。
1.2.1.7 常见故障的分段定位
现象优先检查
两个串口都打不开COM 口是否被其他程序占用、USB HUB 是否供电不足、驱动是否正常
日志窗口乱码USART1 的波特率和 8N1 参数是否正确
没有 C8T6 running是否选错串口、C8T6 是否上电、USART1 TX/RX 是否接反、GND 是否共地
能看到启动日志，但发指令无 CAN 日志是否从 USART2 对应窗口发送；是否选了 HEX；是否恰好为 8 字节；首字节是否为 AF
C8T6 显示 CAN 已发送，ZET6 无变化CANH/CANL 是否接反、终端电阻是否正确、两块板是否共参考地、两端 CAN 波特率是否一致
只有某一类指令无效Byte1 指令 ID 或参数范围是否写错，ZET6 是否只接收 0x0B4 标识符
日期或时间与预期不同是否把十六进制误当十进制；例如十六进制 14 是十进制 20，不是 14

调试时应按“串口输入 → C8T6 日志 → CAN 物理链路 → ZET6 解析 → LVGL 显示”的顺序逐段确认。这样能把问题限制在某一段，而不是一看到仪表没变化就同时改串口、CAN 和界面代码。

二、本节应建立的认识

  1. 串口、CAN 控制器和 CAN 收发器是三个不同层次：串口负责电脑到 C8T6，CAN 控制器生成/解析 CAN 帧，CAN 收发器负责把逻辑信号转换为 CANH/CANL 差分信号。
  2. CAN 标识符 0x0B4 用来标识这类报文，应用数据区里的 0xAF 和指令 ID 则由课程自定义；二者位置和职责不同。
  3. 串口助手中的“HEX 发送”和“ASCII 发送”决定实际在线路上传输的字节，界面上看起来相同的 AF 可能代表完全不同的数据。
  4. 协议字段是二进制数值。串口助手用十六进制显示它们，所以读报文时必须正确进行进制换算。
  5. 一次成功演示只能证明当前接线与测试数据能工作。要形成可靠系统，还需在后续课程中完善接收、校验、超时、错误处理和业务边界检查。

三、资料依据

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