基于CAN總線的分布式顯示控制系統

主機負責監控各個從機，向從機發布指令，并接收處理從機傳來的檢測數據。從機執行主機的指令，顯示運行信息，向主機傳送檢測數據。CAN接口電路負責各節點間的串行通信。兩只125Ω電阻作為CAN線路的匹配電阻。本文著重介紹CAN總線的設計使用以及點陣顯示電路的設計原理，其他功能電路的介紹從略。
CAN總線硬件設計
CAN接口電路如圖2所示， SJA1000是PHILIPS公司生產的獨立CAN通信控制器，SJA1000集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，該控制器具有多主結構、總線訪問優先權、硬件濾波等特點。PCA82C250是CAN 協議控制器和物理總線的接口，它可以提供總線的差動發送能力和接收能力，高速應用可達1M baud，最多可掛110個節點。

CAN總線初始化設計
要使SJA1000正常工作，必須先對其作初始化，這是一個重點。對SJA1000的操作是由讀寫其片內的控制寄存器實現的。待SJA1000硬件復位完成后，單片機就可以初始化SJA1000，初始化程序如下： INITISJA1000:
RESET:
CONFIG:
OPERATE_MODE:
CONFIG1:
CLR EX0 ；關中斷
MOV DPTR , #0000H
MOV A , #01H
MOVX@DPTR, A ;設置復位請求標志
MOV A , #40H
MOV DPTR , #001FH
MOVX @DPTR , A ;CDR=40H
MOV A , #13H
MOV DPTR , #0004H
MOVX @DPTR , A ;設ACR接受代碼=13H
MOV A , #00H
MOV DPTR , #0005H
MOVX @DPTR , A ;接受屏蔽寄存器(AMR)=00H
MOV A , #01H
MOV DPTR , #0006H
MOVX @DPTR , A ; BTR0＝01H
MOV A , #1CH
MOV DPTR , #0007H
MOVX @DPTR , A ; BTR1＝1CH
MOV A , #1AH
MOV DPTR , #0008H
MOVX @DPTR , A ; OCR=1AH
MOV A , #00001100B
MOV DPTR , #0001H
MOVX @DPTR , A ; GTS=0, CDO=1, RRB=1
MOV DPTR , #0000H
MOV A , #00011010B
MOVX @DPTR , A ;進入工作模式
SETB EX0 ;開中斷
RET
#p##e#
這里SJA1000的首地址是0000H。只有SJA1000進入復位工作模式，才可以初始化相應的寄存器。時鐘分頻寄存器(CDR)設定值為40H，表示選BasicCAN工作模式，忽略CAN輸入比較器和不用TX1輸出做專用接收中斷輸出。接收代碼寄存器(ACR)和接收屏蔽寄存器(AMR)組成接收過濾器，接收代碼位（AC.7-AC.0），接收屏蔽位（AM.7-AM.0）和信息識別碼的八位（ID.10-ID.3）滿足下述方程，該信息才會被接收：
[（ID.10-ID.3）≡（AC.7-AC.0）] ∨（AM.7-AM.0）≡11111111
總線時序寄存器0（BTR0）可決定波特率預置值和同步跳轉寬度的值，BTR0=01H表示波特率設為250Kbps(用16M晶振)。總線時序寄存器1（BTR1）決定位周期寬度，采樣點位置和在每個采樣點的采樣次數。系統中各節點的BTR0、BTR1應設為相同，否則不能互相通信。輸出控制寄存器OCR決定了不同輸出驅動配置的建立。設置完這些寄存器后，要將SJA1000設為正常工作模式，并按需要使能其相應的中斷位。SJA1000中各控制寄存器的詳細說明和用法可參考文獻1。
CAN總線通信程序設計
各節點間的通信可采用中斷方式或查詢方式，本控制系統采用中斷方式通信。各個節點之間的指令、數據交換通過下面這個子程序模塊完成的。
顯示電路各節點的一個重要組成部分是顯示電路。作為人機交互界面，顯示電路告訴人們系統當前運行信息。顯示電路結構圖如圖3所示。

單片機的任務是根據上位主機的命令產生顯示數據及控制信號。16行×64列的LED顯示點陣由點陣塊組成。顯示電路采用1/16掃描方式，顯示點陣的一行對應一路行選通信號，各行的同一列共用一個列選通信號，這樣既滿足顯示要求，又可以簡化電路。行驅動電路主要由74HC163、74HC138、Si4953組成，用以產生行選通信號。74HC163和74HC138構成行譯碼器，在單片機的控制下，從第一行開始按順序選通顯示點陣各行；Si4953是P溝道MOSFET管，作用是提高行信號的驅動能力。在選通某一行后，該行上各個LED是點亮還是熄滅，由各自的列選通信號決定，其它行的LED則全熄滅。顯示電路以這樣方法逐行掃描顯示點陣，只要整個掃描周期足夠快，人們就感覺不到顯示閃爍。
驅動電路由74HC595級聯組成，前一片74HC595的Q，H引腳連接下一片的SER引腳，各片的SRCLK、SRCLR、RCLK引腳分別并聯。單片機的RXD口輸出顯示數據給第一片74HC595的SER引腳；TXD口發出移位脈沖將串行數據逐位移入74HC595中。在一行數據傳輸完后，單片機向各個74HC595的SRCLK引腳發一個鎖存信號，這行數據就被鎖入74HC595的鎖存器中，產生對應輸入數據的列選通信號。在該行顯示期間，同時進行下一行顯示數據的傳輸，這樣可以縮短掃描周期。
本文介紹的分布式顯示控制系統已應用于電梯控制系統中，其性能穩定、可靠。CAN總線的選用提高了本系統的通信效率和可靠性。CAN總線通信具有可靠性高、通信距離遠、速率高、多主結構、錯誤處理能力強等特點，非常適合分布式系統的串行通信。系統中的顯示電路是一個成熟可靠的顯示方案，可根據這個設計原理，設計出各種規格要求的點陣顯示屏。