第二周任务：STM32 + 永刚VESC6电调 + N5065电机CAN通信控制

STM32 + VESC6 + N5065电机CAN通信控制教程

硬件平台：STM32G474VET6 + VESC6电调 + N5065无刷电机
开发环境：CubeMX + CLion + OpenOCD（DAPLink调试器）
上位机：VOFA+ 和 VESC Tool 6.02

后续会将项目代码上传至github

效果展示

vofa+视角

电机视角

N5065有感（带霍尔传感器））

永刚VESC6

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一、VESC电调预配置（必须先完成）

1.1 使用VESC Tool连接电调

1. 将VESC6电调通过USB连接到电脑
2. 打开VESC_Tool_6.02.exe
3. 点击右上角"连接"按钮，选择对应COM口

1.2 电机检测与配置

1. 进入左侧菜单：Motor Settings → FOC → General

2. 点击 Run Detection 按钮

3. 按照提示完成：

   • 电机参数检测
   • 霍尔传感器检测（如果有）
   • 确认检测结果

4. 点击 Apply 保存配置

1.3 设置CAN总线ID（关键步骤）

1. 进入左侧菜单：App Settings → General
2. 找到 CAN Status Message Mode，设置为 CAN_STATUS_1_2_3_4_5
3. 找到 Controller ID，设置ID号（默认为0，可设置0-254）
4. 记住这个ID号，后续代码中需要使用
5. 点击 Write Configuration 保存

1.4 CAN通信参数设置

1. 进入左侧菜单：App Settings → CAN
2. 设置 CAN Baud Rate 为 500000（500kbps）
3. 确认 Send CAN Status 已勾选
4. 点击 Write Configuration 保存

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二、CubeMX硬件配置

2.1 创建新工程

1. 打开STM32CubeMX
2. 选择芯片：STM32G474VETx
3. 设置工程名：VESC6_N5065_Motor_Control

2.2 时钟配置（RCC）

路径：Pinout & Configuration → System Core → RCC

• HSE (High Speed External) ：Crystal/Ceramic Resonator
• LSE (Low Speed External) ：Disable

Clock Configuration标签页：

• Input frequency: 48 MHz（外部晶振频率）
• PLL Source Mux: HSE
• PLLM: /12
• PLLN: ×85
• System Clock Mux: PLLCLK
• HCLK: 170 MHz
• APB1: /2 → 85 MHz
• APB2: 170 MHz

2.3 FDCAN1配置（CAN总线）

路径：Connectivity → FDCAN1

Mode标签页：

• Mode: Activated（勾选）

Parameter Settings：

• Nominal Prescaler: 10
• Nominal Time Seg1: 13
• Nominal Time Seg2: 3
• Nominal Sync Jump Width: 1
• Data Prescaler: 1

计算得到波特率：

CAN_Clock = 85MHz / 10 = 8.5MHz
Bit_Time = 1 + 13 + 3 = 17
Baud_Rate = 8.5MHz / 17 = 500kbps

GPIO配置（自动设置）：

• PA11: FDCAN1_RX
• PA12: FDCAN1_TX

NVIC Settings（中断配置）：

• FDCAN1_IT0_IRQn（勾选使能）

2.4 USART1配置（VOFA通信）

路径：Connectivity → USART1

Mode标签页：

• Mode: Asynchronous

Parameter Settings：

• Baud Rate: 115200 Bits/s
• Word Length: 8 Bits
• Parity: None
• Stop Bits: 1

GPIO配置（自动设置）：

• PC4: USART1_TX
• PC5: USART1_RX

NVIC Settings：

• USART1 global interrupt（勾选使能）

2.5 TIM2定时器配置（10ms任务循环）

路径：Timers → TIM2

Clock Source：

• Internal Clock（内部时钟源）

Parameter Settings：

• Prescaler: 16999
• Counter Period: 99
• Auto-reload preload: Enable

计算公式：

Timer_Clock = 170MHz
Prescaler = 16999 → 实际分频系数 = 17000
Counter_Clock = 170MHz / 17000 = 10kHz
Period = 99 → 实际周期 = 100
Interrupt_Freq = 10kHz / 100 = 100Hz → 10ms中断一次

NVIC Settings：

• TIM2 global interrupt（勾选使能）

2.6 GPIO配置（LED指示灯）

路径：System Core → GPIO

手动配置两个LED引脚：

• PE12: GPIO_Output（LED1）
• PE13: GPIO_Output（LED2）

配置参数：

• Output Level: Low
• Mode: Output Push Pull
• Pull-up/Pull-down: No pull-up and no pull-down
• Max output speed: Low

2.7 调试接口配置

路径：System Core → SYS

Debug：

• Serial Wire（保留SWD调试接口）

Timebase Source：

• TIM1（避免与HAL_Delay冲突）

2.8 中断优先级配置

路径：System Core → NVIC

NVIC标签页配置优先级：

• TIM1 UP TIM16: Priority 15（最低，用于系统滴答）
• FDCAN1_IT0: Priority 0（最高，CAN接收）
• USART1: Priority 0（高优先级，串口接收）
• TIM2: Priority 0（高优先级，控制任务）

2.9 生成代码

1. Project Manager → Project：

   • Project Name: VESC6_N5065_Motor_Control
   • Toolchain/IDE: STM32CubeIDE

2. Code Generator：

   • Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral

3. 点击右上角 GENERATE CODE 生成工程

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三、CLion工程配置

3.1 导入CubeMX生成的工程

1. 将生成的工程复制到工作目录
2. 在CLion中打开工程的CMakeLists.txt文件

3.2 添加自定义源文件

在Core目录下直接添加用户文件：

Core/
├── Inc/                           # 头文件目录
│   ├── main.h                    # CubeMX生成
│   ├── stm32g4xx_it.h           # CubeMX生成
│   ├── stm32g4xx_hal_conf.h     # CubeMX生成
│   ├── motor_control.h          # 手动添加
│   ├── vesc_communication.h     # 手动添加
│   ├── vesc_motor.h             # 手动添加
│   └── vofa_protocol.h          # 手动添加
└── Src/                           # 源文件目录
    ├── main.c                    # CubeMX生成（需修改）
    ├── stm32g4xx_it.c           # CubeMX生成
    ├── stm32g4xx_hal_msp.c      # CubeMX生成
    ├── system_stm32g4xx.c       # CubeMX生成
    ├── motor_control.c          # 手动添加
    ├── vesc_communication.c     # 手动添加
    ├── vesc_motor.c             # 手动添加
    └── vofa_protocol.c          # 手动添加

3.3 CMakeLists.txt说明

CubeMX生成的CMakeLists.txt已经包含了Core/Inc和Core/Src，无需额外修改。 用户自定义文件直接放在这两个目录下即可自动编译。

3.4 配置OpenOCD调试（DAPLink）

创建文件：项目根目录创建daplink.cfg

粘贴配置内容：（见项目文件daplink.cfg）

CLion Run Configuration：

1. Edit Configurations → + → OpenOCD Download & Run
2. Board config file: 选择 daplink.cfg
3. Executable: 选择生成的.elf文件

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四、硬件连接

4.1 STM32与VESC6连接

STM32引脚	VESC6引脚	说明
PA11 (FDCAN1_RX)	CAN_H	CAN总线H
PA12 (FDCAN1_TX)	CAN_L	CAN总线L
GND	GND	共地

4.2 STM32与VOFA连接（USB转TTL）

STM32引脚	USB转TTL	说明
PC4 (USART1_TX)	RX	串口接收
PC5 (USART1_RX)	TX	串口发送
GND	GND	共地

4.3 DAPLink调试器连接

STM32引脚	DAPLink	说明
PA13 (SWDIO)	SWDIO	调试数据
PA14 (SWCLK)	SWCLK	调试时钟
GND	GND	共地
3V3	3V3	供电（可选）

4.4 电源连接

• STM32：5V或3.3V供电（视开发板而定）
• VESC6：电池供电（根据电机电压选择，N5065建议12-48V）
• 电机：连接到VESC的三相输出端子

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五、VOFA+上位机调试

5.1 VOFA配置

1. 打开VOFA+软件
2. 选择对应的串口（USB转TTL的COM口）
3. 波特率设置为：115200
4. 协议选择：FireWater（CSV模式）

5.2 数据通道配置

在VOFA中配置8个通道（按CSV顺序）：

1. target_duty - 目标占空比
2. current_duty - 当前占空比
3. current_rpm - 当前转速
4. target_current - 目标电流
5. current_current - 当前电流
6. temp_fet - MOSFET温度
7. temp_motor - 电机温度
8. control_type - 控制模式

5.3 控制指令格式

在VOFA的"发送区"输入以下指令（输入后按回车发送）：

切换控制模式：

mode:0    # 占空比模式
mode:1    # 电流模式
mode:2    # 转速模式
mode:3    # 刹车模式

占空比控制（-1.0 ~ 1.0）：

duty:0.05     # 正转5%占空比
duty:-0.05    # 反转5%占空比
duty:0        # 停止

电流控制（单位：A）：

current:1.5   # 正转1.5A电流
current:-2.0  # 反转2A电流（刹车）

转速控制（单位：RPM）：

rpm:1000      # 正转1000RPM
rpm:-500      # 反转500RPM

刹车控制（单位：A）：

brake:3.0     # 3A刹车电流

通用目标值设置：

target:0.1    # 根据当前模式设置目标值

使能控制：

enable:1      # 使能电机控制
enable:0      # 禁用电机控制

紧急停止：

stop          # 立即停止电机

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六、测试与调试流程

6.1 第一次上电测试（安全检查）

1. 断开电机，仅连接STM32和VESC6的CAN线

2. 给STM32和VESC分别上电

3. 观察LED指示：

   • LED1应该每500ms闪烁一次（心跳）
   • LED2应该每2秒闪烁一次（系统运行）

4. 打开VOFA，观察是否收到数据（此时RPM和电流应为0）

6.2 电机低速测试

1. 连接电机到VESC
2. 在VOFA中发送：duty:0.05
3. 观察电机是否缓慢转动
4. 在VOFA中发送：stop
5. 观察电机是否停止

6.3 反向测试

1. 在VOFA中发送：duty:-0.05
2. 观察电机是否反向转动
3. 发送：stop

6.4 逐步提升测试

1. 逐步增加占空比：duty:0.1 → duty:0.2 → duty:0.3
2. 观察转速变化和系统稳定性
3. 监控温度数据（不应超过80°C）

6.5 其他模式测试

电流模式测试：

mode:1
current:2.0

转速模式测试：

mode:2
rpm:1500

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七、can通信波特率计算

根据你的时钟配置图，让我详细分析CAN波特率的计算过程：

第一步：确定FDCAN时钟源

从你的时钟树图可以看到：

PLL配置路径：

1. HSE输入：48 MHz（外部晶振）
2. PLLM分频：÷12 → 48MHz ÷ 12 = 4 MHz（PLL输入）
3. PLLN倍频：×85 → 4MHz × 85 = 340 MHz（VCO频率）
4. PLLQ分频：÷4 → 340MHz ÷ 4 = 85 MHz（FDCAN时钟源）

第二步：CAN波特率计算公式

CAN波特率由以下参数决定：

波特率 = FDCAN_Clock / (Prescaler × Bit_Time)

其中：

• FDCAN_Clock = 85 MHz（PLLQ输出）
• Prescaler（预分频器） = 10
• Bit_Time（位时间） = Sync_Seg + Time_Seg1 + Time_Seg2

第三步：位时间构成

你的配置参数：

• Sync_Seg（同步段） = 1 TQ（固定值，总是1）
• Time_Seg1 = 13 TQ
• Time_Seg2 = 3 TQ

Bit_Time = 1 + 13 + 3 = 17 TQ（时间量子）

第四步：最终计算

方法1：直接计算

波特率 = 85,000,000 Hz / (10 × 17)
       = 85,000,000 / 170
       = 500,000 bps
       = 500 kbps

方法2：分步计算（更直观）

步骤1：计算CAN模块时钟
CAN_Module_Clock = FDCAN_Clock / Prescaler
                 = 85 MHz / 10
                 = 8.5 MHz

步骤2：计算波特率
波特率 = CAN_Module_Clock / Bit_Time
       = 8.5 MHz / 17
       = 500 kbps

关键参数对照表

参数	配置值	说明
FDCAN时钟源	PLLQ = 85 MHz	来自PLL的Q输出
Prescaler	10	CAN模块分频
Sync_Seg	1 TQ	固定值
Time_Seg1	13 TQ	传播段+相位段1
Time_Seg2	3 TQ	相位段2
总位时间	17 TQ	1个CAN位的时间量子数
最终波特率	500 kbps	与VESC默认匹配

采样点位置

采样点 = (Sync_Seg + Time_Seg1) / Bit_Time = (1 + 13) / 17 = 82.35%

这是一个标准的CAN采样点位置（推荐75%-90%）。

为什么选择这些参数？

1. 500 kbps：VESC默认CAN波特率，工业标准
2. Prescaler=10：在85MHz下得到合适的TQ时钟
3. 17 TQ：足够的位时间用于同步和采样
4. 采样点82% ：确保良好的抗干扰能力

这个配置与VESC Tool中设置的500kbps完全匹配！

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八、常见问题排查

8.1 电机不转

可能原因：

1. CAN总线连接错误 → 检查CAN_H和CAN_L是否正确
2. VESC ID不匹配 → 检查代码中VESC_CONTROLLER_ID是否与VESC Tool设置一致
3. 占空比指令错误 → 旧版代码字节序错误，确保使用修正后的代码
4. 电机未检测 → 重新用VESC Tool进行电机检测
5. 安全限制 → 检查MAX_SAFE_DUTY是否设置过小
6. can通信波特率不匹配

8.2 电机全速运转（无法控制）

原因：字节序错误（小端序 vs 大端序） 解决：使用修正后的vesc_communication.c代码（大端序发送）

8.3 VOFA收不到数据

可能原因：

1. 串口选择错误 → 检查COM口
2. 波特率错误 → 确认为115200
3. UART未初始化 → 检查VOFA_Init()是否调用

8.4 CAN通信无响应

排查步骤：

1. 使用逻辑分析仪或示波器检查CAN信号
2. 确认终端电阻（120Ω）已接入
3. 检查VESC Tool中的CAN设置
4. 确认CAN中断是否使能

8.5 温度过高

处理措施：

1. 降低电流/占空比
2. 检查散热器安装
3. 检查电机负载是否过大
4. 添加温度保护逻辑

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九、代码安全保护机制

9.1 占空比限幅

在vesc_motor.c的VESC_Motor_SetTarget()中：

#define MAX_SAFE_DUTY 0.05f  // 调试期间最大5%

调试完成后可修改为更大的值（最大1.0）

9.2 温度监控

建议添加温度保护逻辑：

if (motor.current_temp_fet > 80.0f || motor.current_temp_motor > 80.0f) {
    motor.enabled = 0;
    VESC_SetDuty(0);
    // 触发报警
}

9.3 启动延时

代码中已包含2秒启动延时和3次闪烁指示，避免上电瞬间误动作

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十、扩展功能建议

10.1 PID闭环控制

可在vesc_motor.c中添加位置/速度PID控制器，实现精确控制

10.2 多电机控制

修改不同的VESC_CONTROLLER_ID，可同时控制多个电机

10.3 轨迹规划

结合TIM定时器，实现梯形/S型速度曲线

10.4 故障诊断

解析VESC的故障代码，实现故障自动检测和保护

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十一、参考资料

• VESC官方文档：vesc-project.com/
• VESC CAN协议：项目中的VESC6_CAN_CommandsTelemetry.pdf
• STM32G4参考手册：RM0440
• FDCAN外设应用笔记：AN5348

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教程完成！ 按照以上步骤操作，即可实现STM32通过CAN总线控制VESC电调和无刷电机。