AVR單片機CAN總線的顯示板設計

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，科學技術(shù)的進步，出現(xiàn)了眾多高層建筑和智能建筑。電梯，作為高層建筑內(nèi)部一種重要的交通工具，其應用規(guī)模日益擴大。而作為電梯系統(tǒng)中必不可少的一部分，電梯召喚顯示板(簡稱電梯外呼板)的應用也隨之劇增。電梯外呼板應用于每層樓的電梯門外，供乘客及電梯維保人員使用。電梯外呼板將乘客及維保人員的需求信息通過CAN總線傳達給電梯主板，電梯主板接收信息并執(zhí)行相應的操作。同時，電梯主板將電梯的實時運行信息通過CAN總線傳遞給電梯外呼板，通過外呼板LED顯示出來，供乘客參閱。

AVR單片機具有高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位的特點，本系統(tǒng)選用了高檔ATmega列AVR單片機ATmegal6。它具有先進的RI-SC結(jié)構(gòu)，具有16 kB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512 B的EEPROM，1 kB的片內(nèi)SRAM。同時，芯片具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，通過改變?nèi)劢z位可以設置片內(nèi)晶振的振蕩周期，這樣可以省去外圍的看門狗電路和晶振電路的設計。

1 電梯外呼板系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

電梯外呼板的硬件電路主要由乘客按鍵模塊、指示燈控制模塊、LED模塊、CAN通信電路以及電源模塊構(gòu)成，如圖1所示。

1.1 CAN通信模塊

1.1.1 CAN的技術(shù)特點

CAN是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層等3層協(xié)議，其通信速率可達1 Mb/s。CAN總線專用接口芯片中以固件形式集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層2層功能，完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等多項工作。它具有以下特點：

1)廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，可以多主方式工作;

2)采用非破壞性仲裁技術(shù)，當2個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突;

3)采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短;

4)每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境下使用;

5)節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷其與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響;

6)可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接收數(shù)據(jù)。

基于以上特點，在本設計中將電梯主板節(jié)點的優(yōu)先級設為最高，而其他電梯外呼板的優(yōu)先級次之，電梯主板可以接收任何電梯外呼板的數(shù)據(jù)，而電梯外呼板只能接收電梯主板的數(shù)據(jù)。電梯主板可以發(fā)送廣播信息(例如樓層運行的信息)，也可以發(fā)送點對點信息(例如針對某層的指示燈控制信息)。1.1.2 CAN的硬件實現(xiàn)

CAN控制器采用MicroChip公司的MCP2510，該器件使用SPI接口與MCU通信。只需4條總線就可以實現(xiàn)與MCU的通信，但為了具有更好的實時性，一般采用中斷方式與MCU進行通信，因此還需要一個中斷信號總線=用來通知MCU接收從CAN總線上發(fā)來的數(shù)據(jù)。CAN的接口器件采用TJ-Al050，該器件是CAN控制器與物理總線之間的接口器件。

在CAN模塊電路中，如圖2所示，ATmegal6的SS，MOSI，MISO，SCK，INT分別與MCP2510的，SI，SO，SCK，相連接。為了進一步提高CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，MCP2510的TXCAN和RXCAN通過光耦6N137分別與TJAl050的TXD和RXD相連接。

1.1.3 CAN的報文格式

在總線中傳送的報文，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持2種報文格式，其唯一不同是標識符(ID)長度不同，標準格式為11位，擴展格式為29位。本設計中使用標準數(shù)據(jù)幀，由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應答域和幀結(jié)尾等7種位域組成，如圖3所示。