基于A(yíng)VR處理器at90can128的CAN總線(xiàn)應用

1 前 言

　　現場(chǎng)總線(xiàn)是當前工業(yè)總線(xiàn)領(lǐng)域中最活躍的一個(gè)領(lǐng)域， CAN 總線(xiàn)是工業(yè)數據總線(xiàn)領(lǐng)域重要的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN 是Contro ller Area N etw ork的縮寫(xiě)， 是國際標準化的串行通信協(xié)議。在當今的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中， 出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求， 各種各樣的電子控制系統被開(kāi)發(fā)出來(lái)。由于這些系統之間通信所用的數據類(lèi)型及對可靠性的要求不盡相同， 由多條總線(xiàn)構成的情況很多， 線(xiàn)束的數量也隨之增加。為減少線(xiàn)束的數量、通過(guò)多個(gè)LAN進(jìn)行大量數據的高速通信， 1986年德國電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN 通信協(xié)議。而今CAN 在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的標準協(xié)議。CAN 的初衷是為了解決汽車(chē)里多種復雜數據的通信， 后來(lái)證實(shí)在很多工業(yè)領(lǐng)域也能應用自如。

　　2 CAN 總線(xiàn)特性及當今狀況

　　CAN 總線(xiàn)與其他通訊網(wǎng)絡(luò )的不同之處在于: 報文傳送中不包括目標地址， 以全網(wǎng)廣播為基礎， 各接收站根據報文中反映數據性質(zhì)的標識符過(guò)濾報文;強化了對數據安全性的關(guān)注， 滿(mǎn)足控制系統較高的數據需求。它具有如下顯著(zhù)特征: 極高的總線(xiàn)利用率、低成本、高速的數據傳輸速率、遠距離傳輸、可靠的錯誤處理和檢錯機制、可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文， 節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能等等。

　　CAN 總線(xiàn)所需完善的通信協(xié)議可由CAN 控制器芯片和接口芯片實(shí)現， 大大降低了系統的開(kāi)發(fā)難度、組成成本、縮短了開(kāi)發(fā)周期， 其高性能高可靠性以及靈活的設計受到人們的重視， 應用也越來(lái)越廣泛。目前比較流行的控制器芯片是飛利浦公司的SJA1000和收發(fā)器芯片TJA1050。

　　由于近幾年來(lái)CAN 總線(xiàn)技術(shù)逐步在我國推廣開(kāi)來(lái)， CAN 總線(xiàn)技術(shù)的獨特特點(diǎn) 傳輸數據的可靠性和實(shí)時(shí)性， 已獲得國際自動(dòng)化控制領(lǐng)域的認可，其應用前景十分光明。國內推動(dòng)CAN 總線(xiàn)技術(shù)進(jìn)步的應用事例不斷擴展， 積極促進(jìn)了我國自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步。由于CAN 總線(xiàn)本身的特點(diǎn)， 其應用范圍己經(jīng)擴展到過(guò)程工業(yè)、機械工業(yè)、數控機床、醫療機械、家用電器及傳感器等領(lǐng)域， 而在電梯控制系統中， 主板需要接收不同樓層呼梯、轎廂里呼梯、調整電梯運行參數等多路信號， 因此CAN 總線(xiàn)的優(yōu)勢明顯。如圖1所示。

圖1 CAN總線(xiàn)應用拓撲結構

　　3 集成CAN 控制器的ARM 微處理器

　　CAN 總線(xiàn)基于一組嚴格的協(xié)議， 一般來(lái)說(shuō)在主CPU 外接一個(gè)專(zhuān)用CAN 控制器以實(shí)現。由于近年來(lái)微處理器的迅速發(fā)展， 出現了很多功能強大的集成CAN 控制器的CPU， 使得在CAN 總線(xiàn)應用上又簡(jiǎn)便了一些。而在價(jià)格上， 集成CAN 總線(xiàn)的微處理器和一般處理器加上專(zhuān)用CAN 控制器芯片的價(jià)格相當， 所以， 集成CAN 總線(xiàn)的微處理器必然成為今后CAN 總線(xiàn)應用的趨勢。NXP 公司生產(chǎn)的ARM結構LPC2294就是其中一款流行的帶CAN 總線(xiàn)控制器的CPU。它是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDM I- S CPU 的微控制器， 并帶有256k字節嵌入的高速Flash 存儲器。極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC、4路CAN以及多達9個(gè)外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制， 因此，LPC2294也可作為電梯控制系統的主控制器。

　　4 集成CAN 控制器的高端8位AVR

　　上文提到， 電梯控制系統需要處理多路信息， 而且它們可能是具有不同傳輸速率的， 因此需要使用不同通道的CAN 總線(xiàn)控制器。對于控制系統， 必須具有可操作性， 考慮到要減輕主CPU 的負擔， 因此，設計一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統對主系統進(jìn)行操作， 而數據的交換方式就是采用CAN 總線(xiàn)傳輸， 此文中稱(chēng)這個(gè)操作系統為副系統。副系統相對比較簡(jiǎn)單， 其功能主要包括: ! 和主板進(jìn)行信息交換; ? 具有按鍵供輸入; # 具有顯示信息的顯示器。針對功能的需要和程序的體積， 選用了ATMEL公司近年力推的8位AVR控制器at90can128。