AVR單片機的CAN總線(xiàn)分析儀設計

引言

　　國內基于CAN總線(xiàn)的工程應用也越來(lái)越多，但是在CAN現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期和后期測試中缺乏有效的現場(chǎng)監測和排錯手段，從而延長(cháng)了開(kāi)發(fā)周期，增加了開(kāi)發(fā)成本。同時(shí)，國內CAN總線(xiàn)教學(xué)實(shí)驗也同樣缺乏成本低，功能強，操作簡(jiǎn)單的CAN分析儀器。

　　目前CAN總線(xiàn)的監測主要是通過(guò)CAN適配卡與計算機相連，利用計算機軟件來(lái)分析總線(xiàn)狀況。高端CAN適配卡價(jià)格高昂，而低端CAN適配卡如CAN轉232卡，由于232總線(xiàn)傳輸速度有限，很難做到準確監測。另外，計算機也不便于在現場(chǎng)進(jìn)行監測。本文設計了一種造價(jià)低廉、操作簡(jiǎn)單的便攜CAN總線(xiàn)分析儀，能夠適應各種總線(xiàn)傳輸速度。

1　CAN分析儀的組成和功能

　　主要由4個(gè)部分組成：MCU、液晶顯示接口、鍵盤(pán)輸入接口和CAN接口。能夠實(shí)現以下功能： 總線(xiàn)波特率自適應、正常接收CAN總線(xiàn)數據、總線(xiàn)報文數和總線(xiàn)錯誤數及錯誤類(lèi)型記錄、總線(xiàn)負載率檢測、總線(xiàn)報文顯示、CAN協(xié)議類(lèi)型辨識。硬件整體框架如圖1所示。

圖1　系統硬件框圖

2　CAN分析儀的硬件設計

2.1　MCU與CAN接口

　　本系統中使用Atmel公司生產(chǎn)的AVR單片機ATmega64L作為微控制器。ATmega64L是高性能、低功耗的8位AVR單片機。它具有哈佛總線(xiàn)結構、精簡(jiǎn)指令集（RISC）結構和豐富的片內資源。ATmega64L具有64 KB Flash程序存儲器、2 KB的E2PROM、4 KB的SRAM、4個(gè)帶有比較模式的定時(shí)器/計數器以及可編程帶內部振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器等，支持匯編和C語(yǔ)言在線(xiàn)編程。利用其優(yōu)良特性可以使設計大大簡(jiǎn)化。

　　CAN接口硬件原理圖如圖2所示，包括MCU、總線(xiàn)控制器模塊、總線(xiàn)驅動(dòng)模塊、光電隔離模塊?！　】偩€(xiàn)控制器模塊采用Philips公司的CAN控制器SJA1000。它可工作于BasicCAN 模式或PeliCAN 模式，具有64 字節的接收緩沖器，支持11位和29位ID，可熱插拔，支持CAN2.0B 協(xié)議，僅依靠控制器本身的硬件電路就能夠實(shí)現通信幀的組織和發(fā)送功能。

　　CAN總線(xiàn)驅動(dòng)模塊采用82C251。為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，實(shí)現各CAN節點(diǎn)間的電氣隔離，SJA1000的TX0和RX0通過(guò)高速光耦6N137分別與82C251T的TXD和RXD相連。值得注意的是，光耦所采用的兩個(gè)電源VCC和VDD必須完全電氣隔離。

2.2　液晶顯示接口

　　分析儀監測到的總線(xiàn)狀態(tài)需要外部器件來(lái)顯示以方便觀(guān)察。傳統的數碼管指示燈無(wú)法滿(mǎn)足大量總線(xiàn)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示的需求。為了便于操作者的使用，本系統選用深圳安得利光電科技有限公司生產(chǎn)的AM1286425F57，它是128×64的圖形點(diǎn)陣液晶模塊，內置控制器是三星公司的LCD驅動(dòng)及控制芯片S6B1713。

圖2　CAN接口硬件電路原理

　　圖3是AM1286425F57硬件原理圖。MCU電源和背光輸入電源都為3.3 V。8位數據總線(xiàn)接在單片機的D口上，將D口配置為輸出。AM1286425F57的RS是指令與數據選擇信號。當RS＝0時(shí)，表示數據總線(xiàn)D0～D7上是液晶控制指令；當RS＝1時(shí)，表示數據總線(xiàn)D0～D7上是寫(xiě)入液晶的數據。CS1和CS2都是控制器芯片S6B1713的片選信號，當CS1＝0,CS2=1,即2個(gè)片選同時(shí)有效時(shí)才能選中液晶，向它寫(xiě)入數據或指令。