本文总结一下怎么利用CAN协议来控制关节电机，我用的关节电机是达妙科技的4310电机，想要控制这个电机，还需要用到一块单片机（有CAN外设），CAN收发器以及烧入器。（提醒：本文不介绍CAN的相关理论知识，能刷到我这篇文章的肯定早就学过了）

在这之前，我谈谈我对关节电机的理解。之前在B站上看到过一个UP主拆解智元科技的关节电机，看着他拆解关节电机后，电机内部的图片，并结合我学习CAN的知识之后，我真正理解了为什么关节电机要用CAN控制了。

推荐去B站看看原视频，这样利于加深理解。关节电机里面除了集成三相无刷电机之外，内部也集成了一块带有主控的无刷驱动板，而主控里面有厂家提前烧入好的程序，里面有FOC算法以及CAN协议的相关代码，并且这个关节电机是有感的。所以只要接好单片机与关节电机之间的两条差分信号线（CAN），就可以直接控制关节电机了。

那么为什么要这么做呢？我的理解是，FOC程序本身非常复杂且消耗算力（我有亲自写过FOC的算法程序，想了解的可以看看我发布的前几篇博客），如果用一块单片机同时控制多个内部没有集成FOC主控的关节电机，意味着一块单片机要同时控制多路FOC，这样会导致单片机算不过来，每个电机的控制都差强人意。所以就要让每一个关节电机里都集成一个这样的无刷驱动板，每个主控各自负责各自的关节电机的控制。

再说说为什么要控制关节电机，用的是CAN协议而不是其他协议诸如SPI，I2C以及UART。首先，对于机器人这种复杂场景，是不可能只用一个关节电机就足够的，势必会有多个关节电机需要同时控制。而对于SPI和I2C，最显著的缺点就是接线及其复杂，同时使用多个关节电机意味着该机器人的接线将及其复杂，而CAN总线就两条电路，大大降低了布线成本。

其次，SPI和I2C比较适合一主多从的模型，好比是一块单片机控制多个传感器，这种情况比较适合用以上两者。而关节电机可不单单是从模型，它也是需要把当前电机的位置，速度以及力矩及时反馈回主控的，所以是多主的模型，因此才考虑用CAN去控制。并且用CAN去控制还有其他好处，比如相比于I2C，它的传输速率也是非常快的，可以达到1Mbps，甚至CAN的进阶FDCAN（更高端的单片机才支持，我用的F407不支持）可以传输得更快，FDCAN就是在数据段传输时更快了，变成8Mbps，在ID段还是1Mbps。

接下来，我来说说怎么用CAN来控制关节电机：

1.STM32HAL库的配置：

照我这样配置，可以把CAN通信速率设置到1Mbps，这个模式有正常模式，环回模式等多种模式可选。如果你对自己的第一版代码不自信，可以先用环回模式测试一下。

然后就是使能一下FIFO0，使得接收到数据可以及时被CPU读走而不是积累导致数据被覆盖。

2.CAN代码编写：

首先来说说MIT协议，MIT其实就是一种与电机约定好的一种格式，它基于CAN，与电机约定传输的八个数据字节都传输的是什么内容。

主控与关节电机之间有约定好，每一位分别对应着什么，这就是MIT协议。主控向电机发送控制帧，控制电机参数，位置，速度，力矩；电机向主控发送反馈帧，反馈点击状态，电机位置，速度，力矩以及电机温度和电机参数。所以只要按照MIT规定的格式，就可以实现对关节电机的控制。那我的代码举例，比如我关节电机向我发送的数据的ID是0x000，我向电机发送的ID是0x001，那么我只要把数据帧的内容规定和采集好，就可以实现双方的交流了。

//将过滤器配置为16位列表模式
void CANFilterConfig_Scale16_IdList(CAN_HandleTypeDef * hcan,uint32_t StdId1,uint32_t StdId2,uint32_t StdId3,uint32_t StdId4,uint8_t Filter_Nunber)  
{  
  CAN_FilterTypeDef   sFilterConfig;  
  sFilterConfig.FilterBank = Filter_Nunber;         //选择过滤器的号码 
  sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDLIST;   //列表模式
  sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_16BIT;  //16位模式
  sFilterConfig.FilterIdHigh = StdId1<<5;  
  sFilterConfig.FilterIdLow = StdId2<<5;  
  sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = StdId3<<5;  
  sFilterConfig.FilterMaskIdLow = StdId4<<5;  
  sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0;   //选择接收邮箱为FIFO0 
  sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;  
  sFilterConfig.SlaveStartFilterBank = 0;  //双CAN模式时才用到，不用就给0
  HAL_CAN_ConfigFilter(hcan, &sFilterConfig); 
}

//CAN的发送函数
void CANx_SendStdData(CAN_HandleTypeDef* hcan,uint16_t ID,uint8_t *pData,uint16_t Len)
{
  static CAN_TxHeaderTypeDef   Tx_Header;
	
	Tx_Header.StdId=ID;
	Tx_Header.ExtId=0;
	Tx_Header.IDE=0;
	Tx_Header.RTR=0;
	Tx_Header.DLC=Len;
        
	if(HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX0) != HAL_OK) 
	{
		if(HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX1) != HAL_OK)
		{
			HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX2);
        }
    }
}

//CAN的启动函数，这个函数必须要提前调用，否则单片机的CAN外设不会被启动
void CAN_Start(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
	HAL_CAN_ActivateNotification(hcan ,CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
	HAL_CAN_Start(hcan);
}

//这个与MIT协议有关，要对关节电机发送数据中，需要把里面的浮点数转换为16进制数发给关节电机，关节电机内部会自行解析
int float_to_uint(float x, float x_min, float x_max, int bits)
{
	float span = x_max - x_min;
	float offset = x_min;
	return (int) ((x-offset)*((float)((1<<bits)-1))/span);
}

float uint_to_float(int x_int,float x_min,float x_max,int bits)
{
	float span = x_max - x_min;
	float offset = x_min;
	return ((float)x_int)*span/((float)((1<<bits)-1)) + offset;
}

//对电机发送数据要调用这个函数，需要将发送的参数进行16进制化
void motor_control(CAN_HandleTypeDef* hcan,uint16_t id, float _pos, float _vel,float _KP, float _KD, float _torq)
{
	uint16_t pos_tmp,vel_tmp,kp_tmp,kd_tmp,tor_tmp;
	pos_tmp = float_to_uint(_pos, P_MIN, P_MAX, 16);
	vel_tmp = float_to_uint(_vel, V_MIN, V_MAX, 12);
	kp_tmp = float_to_uint(_KP, KP_MIN, KP_MAX, 12);
	kd_tmp = float_to_uint(_KD, KD_MIN, KD_MAX, 12);
	tor_tmp = float_to_uint(_torq, T_MIN, T_MAX, 12);
	
	uint8_t Data[8];
	Data[0] = (pos_tmp >> 8);
	Data[1] = pos_tmp;
	Data[2] = (vel_tmp >> 4);
	Data[3] = ((vel_tmp&0xF)<<4)|(kp_tmp>>8);
	Data[4] = kp_tmp;
	Data[5] = (kd_tmp >> 4);
	Data[6] = ((kd_tmp&0xF)<<4)|(tor_tmp>>8);
	Data[7] = tor_tmp;
	
	CANx_SendStdData(hcan,id,Data,8);
}

以上的每一个函数我都做了详细的注释，通过以上的函数，就可以实现主控向关节电机发送的控制帧。值得注意的是，里面的P_MIN,T_MAX这些参数，都是MIT公式里提前约定好的参数，我也是通过电机手册获取的，我把他们直接#define在.h文件里了。接下来再讲讲怎么接收关节电机向主控发送来的反馈帧，由于我配置了FIFO0的中断，所以可以在中断回调函数中执行操作，利用好uint_to_float函数：

uint8_t data_CAN1[8];
int p_int = 0,v_int = 0,t_int = 0;
float position = 0,velocity = 0,torque = 0;

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
	if(hcan->Instance ==CAN1)
	{
	  CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader; 
	  HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, data_CAN1);
      p_int=(data_CAN1[1]<<8)|data_CAN1[2];	
      v_int=(data_CAN1[3]<<4)|(data_CAN1[4]>>4);
      t_int=((data_CAN1[4]&0xF)<<8)|data_CAN1[5];
      position = uint_to_float(p_int, P_MIN, P_MAX, 16); 
      velocity = uint_to_float(v_int, V_MIN, V_MAX, 12); 
      torque = uint_to_float(t_int, T_MIN, T_MAX, 12); 		
	}
	
}

这样我们就能及时的读走FIFO里的东西，并且获得此时关节电机的参数了。接下来我再把main,c文件的关键代码放出：

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();
  MX_UART4_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  CANFilterConfig_Scale16_IdList(&hcan1,0x000,0x231,0x232,0x233,0);    //Master ID是0x000,CAN ID是0x001
  CAN_Start(&hcan1);
  CANx_SendStdData(&hcan1,0x001,motor_enable,8);  //先给电机使能，发送使能指令
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  motor_control(&hcan1,0x001,0,2,0,1,0);
	  HAL_UART_Transmit(&huart4,(uint8_t*)&p_int,1,HAL_MAX_DELAY);
	  HAL_UART_Transmit(&huart4,(uint8_t*)&v_int,1,HAL_MAX_DELAY);
	  HAL_UART_Transmit(&huart4,(uint8_t*)&t_int,1,HAL_MAX_DELAY);
	  HAL_UART_Transmit(&huart4,(uint8_t*)&position,1,HAL_MAX_DELAY);
	  HAL_UART_Transmit(&huart4,(uint8_t*)&velocity,1,HAL_MAX_DELAY);
	  HAL_UART_Transmit(&huart4,(uint8_t*)&torque,1,HAL_MAX_DELAY);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}