集成CAN 控制器的高端8位AVR - 设计干货精选：AVR单片机工业控制方案合集

　　4 集成CAN 控制器的高端8位AVR

　　上文提到， 电梯控制系统需要处理多路信息， 而且它们可能是具有不同传输速率的， 因此需要使用不同通道的CAN 总线控制器。对于控制系统， 必须具有可操作性， 考虑到要减轻主CPU 的负担， 因此，设计一个简单的操作系统对主系统进行操作， 而数据的交换方式就是采用CAN 总线传输， 此文中称这个操作系统为副系统。副系统相对比较简单， 其功能主要包括： ！ 和主板进行信息交换; ？ 具有按键供输入; # 具有显示信息的显示器。针对功能的需要和程序的体积， 选用了ATMEL公司近年力推的8位AVR控制器at90can128。

　　at90can128是一种基于AVR 增强型R ISC结构的低功耗CMOS 8位单片机。通过执行一个单时钟周期的高效指令， AT90CAN128每MH z能达1M IPS，这就可让系统设计人员将功率损耗与处理速度优化。AVR内核具有丰富的指令集并带有32个通用目的工作寄存器。32 个寄存器全都直接连到运算逻辑单元（ ALU ） ， 允许两个独立的寄存器在一个时钟周期执行单个指令的方式访问。其结果就是， 采用这种结构的速度比常规的R ISC单片机快10倍的同时代码效率更高。它除了拥有一般AVR 处理器的AD 模块， SPI模块外， 还集成CAN 控制器， 为搭建基于CAN 通信的系统提供了便利。控制结构如图2所示。

　　

　　图2 at90can128的CAN控制结构。

　　对于复杂的CAN 通信协议， 在此不详述， 以下就at90can128的CAN控制器使用作介绍。

　　a t90can128的CAN 控制器提供了所有有利于消息管理的硬件， 对于每个要发送或接收的信息都是通过一个叫做消息对象（ message ob ject） 的东西来封装起来的。在对模块初始化的时候， 程序会指定哪些消息要发送， 哪些消息要接收， 只有那些约定好标识符的消息才能被正确无误地交换。另外， 对于接收到的远程帧， 控制器会进行相应的自动回复。

　　所以在这种方式下， 相对于最原始的CAN 控制方式， CPU 的负担大大减小了。用户可以根据自身要求， 通过对相关寄存器进行配置达到自己的要求。

　　而在发送消息之前， 必须初始化几个字段：

　　其中IDT 是标识符字段， IDE 是标识符扩展使能选择， RTRTAG是远程传输请求， DLC 是数据长度代码， RBnTAG 是保留字段（ n = 0， 1） ， MSG 是指向相应MOB的CAN 数据。当MOB 的发送指令执行后， MOB 就会准备发送一个数据或者是一个远程帧。接着， CAN 通道就会扫描各个MOB， 寻找到优先级最高的MOB， 将其发送出去。当传送成功后，MOB 状态寄存器CANSTMOB 中的TXOK 位就会置位。而最重要的是， 对于每一次新的数据传输都必须重新对相关寄存器初始化， 否则无法正常工作。

　　接收消息之前所要做的初始化步骤基本相同，只是多了IDMSK 和IDEMSK 标识符掩码的设置。

　　以下就给出基于AVR at90can128CAN 总线接口初始化以及发送、接收功能模块的关键代码及注解（见图3）。

　　

　　图3 电梯系统主板与调试器之间的CAN通信

　　CAN 初始化：

　　CANGCON | = 0X01;

　　for（ i= 0; i< 15; i+ + ）

　　{

　　CANPAGE = i< < 4; / /将15个MOB 都初始化一次

　　CANCDMOB = 0;

　　CANSTMOB= 0;

　　CAN IDT1= 0;

　　CAN IDT2= 0;

　　……

　　for（ j= 0; j< 8; j+ + ）

　　CANMSG= 0;

　　CANBT1= 0X1E; / /设置CAN 传输波特率， 16分频

　　CANBT2= 0X40;

　　CANBT3= 0X49;

　　CANPAGE = （ 0< < 4） ; / /选择MOB0作为接收MOB， 并设定标识码

　　CAN IDT1= 0X00;

　　CAN IDM1= 0X00;

　　……

　　CANPAGE = （ 1< < 4）; / /选择MOB1作为发送MOB， 并设定标识码

　　CAN IDT1= 0X00;

　　……

　　}

　　发送模块代码：

　　CANPAGE = （ 1< < 4）; / /选定MOB1

　　If（ （ CANGSTA& 0X10） = = 0） / /查询CAN 状态寄存器的TXBSY 位， 为0， 则可以发送

　　for（ i= 0; i< 8; i+ + ）

　　{

　　CANMSG= my _dada［ i］ ; / /将要发送的数据装入数据寄存器中， 共8 by te

　　CANCDMOB | = 0X48; / /发送

　　}

　　接收模块代码是类似的， 设计思路都是在判断发送允许标志之后， 如果允许， 就将数据装入到指定的MOB中， 而每个MOB 一个发送周期一共可以发送8byte的数据。而CAN 总线的另一端是NXP公司LPC2294的CAN总线外围， 其结构和原理都差不多。

　　当然， 在寄存器设置中会有一点差别， 但只要两个CPU 约定好数据帧的标识符编号是什么， 传输速率相同， 就可以进行数据交换了。由于篇幅有限，LPC2294的CAN接口设置在此就不作介绍了。

　　最后给出了CAN 总线应用CPU 外部的硬件原理参考图， 如图4所示。

　　5 CAN 总线收发器TJA1050硬件连接图

　　图中CAN 收发器为NXP公司的TJA1050， TXD和RXD分别连接到CPU 的CAN接口， CANL和CANH 则为与另一个CPU 连接的总线， CANL 和CANH 之间电阻值约为120欧姆， 开关S可以作为CAN 总线的硬件启用开关。另外， 如果在抗干扰要求高的场合， 可以对TXD 和RXD使用光电隔离。

　　

　　图4 CPU 外围收发器的硬件原理图。

　　6 结束语

　　基于at90can128的CAN 总线模块设计的电梯系统调试器， 经过长时间的检验， 使用良好， 通信正常无误。在众多的现场总线当中， CAN 总线凭借其优秀的特性已经为越来越多的工程人员认同和偏爱， 而随着越来越多的高端CPU 对CAN 控制器的集成和综合成本的下降， CAN 总线的使用必定会越来越普遍， 其中集成CAN 控制器的8位AVR 也会受到越来越多人的青睐。