基于AVR處理器at90can128的CAN總線應用

1 前 言

　　現場總線是當前工業總線領域中最活躍的一個領域， CAN 總線是工業數據總線領域重要的現場總線之一。CAN 是Contro ller Area N etw ork的縮寫， 是國際標準化的串行通信協議。在當今的汽車產業中， 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發出來。由于這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同， 由多條總線構成的情況很多， 線束的數量也隨之增加。為減少線束的數量、通過多個LAN進行大量數據的高速通信， 1986年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN 通信協議。而今CAN 在歐洲已是汽車網絡的標準協議。CAN 的初衷是為了解決汽車里多種復雜數據的通信， 后來證實在很多工業領域也能應用自如。

　　2 CAN 總線特性及當今狀況

　　CAN 總線與其他通訊網絡的不同之處在于: 報文傳送中不包括目標地址， 以全網廣播為基礎， 各接收站根據報文中反映數據性質的標識符過濾報文;強化了對數據安全性的關注， 滿足控制系統較高的數據需求。它具有如下顯著特征: 極高的總線利用率、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， 節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能等等。

　　CAN 總線所需完善的通信協議可由CAN 控制器芯片和接口芯片實現， 大大降低了系統的開發難度、組成成本、縮短了開發周期， 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和收發器芯片TJA1050。

　　由于近幾年來CAN 總線技術逐步在我國推廣開來， CAN 總線技術的獨特特點 傳輸數據的可靠性和實時性， 已獲得國際自動化控制領域的認可，其應用前景十分光明。國內推動CAN 總線技術進步的應用事例不斷擴展， 積極促進了我國自動化技術的進步。由于CAN 總線本身的特點， 其應用范圍己經擴展到過程工業、機械工業、數控機床、醫療機械、家用電器及傳感器等領域， 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 總線的優勢明顯。如圖1所示。

圖1 CAN總線應用拓撲結構

　　3 集成CAN 控制器的ARM 微處理器

　　CAN 總線基于一組嚴格的協議， 一般來說在主CPU 外接一個專用CAN 控制器以實現。由于近年來微處理器的迅速發展， 出現了很多功能強大的集成CAN 控制器的CPU， 使得在CAN 總線應用上又簡便了一些。而在價格上， 集成CAN 總線的微處理器和一般處理器加上專用CAN 控制器芯片的價格相當， 所以， 集成CAN 總線的微處理器必然成為今后CAN 總線應用的趨勢。NXP 公司生產的ARM結構LPC2294就是其中一款流行的帶CAN 總線控制器的CPU。它是基于一個支持實時仿真和跟蹤的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32位定時器、8路10位ADC、4路CAN以及多達9個外部中斷使它們特別適用于工業控制， 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，設計一個簡單的操作系統對主系統進行操作， 而數據的交換方式就是采用CAN 總線傳輸， 此文中稱這個操作系統為副系統。副系統相對比較簡單， 其功能主要包括: ! 和主板進行信息交換; ? 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。