基于DS80C410內(nèi)嵌CAN總線食堂售飯系統(tǒng)的設計

摘要：介紹了一種基于DS80C410內(nèi)嵌CAN總線網(wǎng)絡的食堂售飯系統(tǒng)的設計，包括系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和硬件設計。重點介紹了系統(tǒng)中窗口機的硬件、軟件設計，并詳細描述了DS80C410內(nèi)嵌CAN模塊的初始化過程和報文收發(fā)過程。
關鍵詞：DS80C410    CAN總線    食堂售飯系統(tǒng)    窗口機

1．引言 

    CAN總線（Controller Area Network Bus）是一種有效支持分布式控制的串行通信網(wǎng)絡。它比一般的通信總線具有更高的可靠性、實時性和靈活性。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而且不分主從，通信方式靈活，無需站地址等節(jié)點信息。CAN總線現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場控制、小區(qū)安防、環(huán)境監(jiān)控等眾多領域中。

2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    實時通信的食堂售飯系統(tǒng)的通信特點非常適合于采用CAN總線。它的短幀結(jié)構(gòu)非常適合系統(tǒng)對抗干擾能力和實時通信能力要求較高，單次通信量很小的場合；靈活的組網(wǎng)特點完全可以解決大型食堂售飯系統(tǒng)中多個食堂和營業(yè)網(wǎng)點較分散的問題。

    基于CAN總線的食堂售飯系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用總線型接法，主要包含三層：服務器、中繼器和終端。其中服務器包括工作服務器和備用服務器，這兩個服務器在營業(yè)時同時工作，互為備用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。中繼器可以延伸通信距離，增加終端數(shù)目，變換通信速率，并能起到濾波和隔離作用。終端主要是銷售用的窗口機，還包括掛失機、解掛機、發(fā)卡/充值機等。

      圖1  食堂售飯系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖                      

圖2 窗口機硬件結(jié)構(gòu)框圖

3．窗口機硬件設計

    窗口機是直接與售飯人員和用戶打交道的主要前臺設備。圖2為窗口機的硬件結(jié)構(gòu)框圖。采用Dallas內(nèi)嵌CAN控制器的高速網(wǎng)絡微控制器 DS80C410作為窗口機的微處理器，負責整個窗口機和鍵盤的監(jiān)控。MMM為非接觸式IC（Mifare）卡讀/寫器模塊。該模塊在微處理器的控制下，可完成對卡片的非接觸式讀/寫等操作。窗口機的通信任務是DS80C410內(nèi)嵌的CAN控制器在CPU控制下完成的，CAN控制器通過CAN總線收發(fā)器PCA82C250接收總線上的數(shù)據(jù)，供CPU讀取，也可以將CPU送來的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上。內(nèi)嵌CAN控制器通過DS80C410芯片上的P5.1(C0RX-CAN接收)和P5.0(C0TX-CAN發(fā)送)腳分別與收發(fā)器的RXD(接收數(shù)據(jù)輸出)和TXD(發(fā)送數(shù)據(jù)輸入)腳相連。窗口機硬件還包括一個4×4鍵盤（10個數(shù)字鍵、6個功能鍵）、前后各10位數(shù)碼顯示（顯示內(nèi)容完全相同）、32KB的EEPROM（用來存儲消費記錄）、看門狗等部分電路。

4．窗口機軟件設計

4.1主程序設計

    窗口機具有連網(wǎng)和脫網(wǎng)兩種運行方式。窗口機的默認工作方式分為連網(wǎng)運行，只有在出現(xiàn)網(wǎng)絡故障或其他原因無法連網(wǎng)運行時，才通過開關設定為脫網(wǎng)運行。圖3為窗口機運行的主程序流程圖。窗口機初始化后，先進行鍵盤處理，LED顯示處理，并判斷是否回收消費記錄。然后查詢是否讀到卡，讀到卡后，調(diào)用相應連網(wǎng)或脫網(wǎng)子程序，進行營業(yè)操作。

   圖3 窗口機主程序流程圖

4.1.1 CAN的初始化

    窗口機的初始化，包括對CAN模塊的初始化。當系統(tǒng)硬件復位后，首先屏蔽CAN中斷，然后將位于DS80C410的SFR（特殊功能寄存器）中的 C0C(CAN控制寄存器)中的CRST(復位) 位清0，即清除了CAN控制器的復位狀態(tài)，同時 SWINT(軟件初始化) 位要置 1，即禁止CAN 的總線活動，這樣才允許程序?qū)?CAN 模塊中的控制寄存器和擴展幀的屏蔽寄存器（C0EGM0～C0EGM3）進行寫操作，并設置通信波特率、窗口機ID、窗口機號、CAN狀態(tài)、CAN口使能、CAN定時等參數(shù)， 初始化CAN模塊。最后恢復CAN中斷。初始化結(jié)束后，要清 SWINT位，恢復 CAN 總線的活動。

4.2子程序設計

4.2.1工作流程

    在連網(wǎng)情況下，當窗口機通過MMM獲取卡號后，將卡號發(fā)送給服務器，服務器收到卡號后，在數(shù)據(jù)庫中查找對應卡號的用戶余額并將其返回給窗口機。窗口機顯示接收到的用戶余額，當一次營業(yè)操作完成以后，窗口機將用戶總消費額發(fā)送給服務器，服務器接收到消費額后進行相應數(shù)據(jù)庫記錄的更新，并將已接收消費額的確認幀（ACK）返回給窗口機。如果窗口機將讀到的卡號（SNR）發(fā)送給服務器的過程中幀丟失，即窗口機沒有收到服務器的余額幀，這時窗口機等待一個重發(fā)時間，仍未收到服務器的余額幀后，將重發(fā)先前的卡號。最多重發(fā)3次，當重發(fā)3次仍無法收到服務器的回應幀后，顯示相應的提示信息。如果在結(jié)帳以后，窗口機發(fā)給服務器的用戶消費額幀丟失，即服務器沒有收到消費額幀，無法進行相應記錄的更新，同樣采取上述方法重發(fā)用戶消費額。圖4為連網(wǎng)子程序流程圖。

圖4 連網(wǎng)子程序流程圖                    

    脫網(wǎng)情況下，窗口機采用的是記帳的辦法，將脫網(wǎng)狀態(tài)下用戶的卡號和消費記錄全部存儲在窗

    口機的EEPROM中，等系統(tǒng)恢復連網(wǎng)運行以后，服務器從各窗口機中回收存儲的數(shù)據(jù)，進行服務器數(shù)據(jù)庫的更新。由于脫網(wǎng)情況下窗口機不能和服務器進行實時通信，所以程序較簡單，就不再給出流程圖了。

圖5 發(fā)送子程序                               

    圖6接收子程序

4.2.2 幀的發(fā)送和接收

    DS80C410中CAN模塊提供了15個報文中心，作為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的存儲器。幀的發(fā)送和接收通過這15個報文中心實現(xiàn)，也可以選擇一個或若干個報文中心發(fā)送或接收幀。這15個報文中心發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的優(yōu)先級順序是以報文中心的逆序排列的。報文中心1-14可設置為接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，報文中心15只能接收數(shù)據(jù)。報文中心的控制寄存器（C0M1C～C0M15C）位于SFR中。每個報文中心有一個格式寄存器(C0MyF)、4個仲裁寄存器和8個字節(jié)（C0MyD0～C0MyD7）的數(shù)據(jù)區(qū)域。仲裁寄存器的值可以在初始化中設置，也可以在發(fā)送程序中設置，而且它的值可隨著數(shù)據(jù)的接收而自動更改。另外，報文中心15的C015M0～C015M3寄存器，還可以執(zhí)行附加的濾波。

    當網(wǎng)絡中某一窗口機處于發(fā)送狀態(tài)時，首先對使用的報文中心初始化，把要發(fā)送的報文裝入報文中心，報文中心仲裁寄存器的值作為幀的標識符發(fā)送出去。圖5為使用報文中心1發(fā)送數(shù)據(jù)的程序流程圖，其中MSRDY（報文中心就緒），DTUP（數(shù)據(jù)更新），MTRQ（CPU發(fā)送請求）等位是報文中心1的控制寄存器C0M1C的位。

    當窗口機處于接收狀態(tài)時，CAN控制器將根據(jù)屏蔽寄存器和接收報文中心的仲裁寄存器的值對接收幀的ID標識符進行判斷，確定報文中心是否接收，只有當接收幀的標識符與仲裁寄存器的值相等的時候，幀才被接收；另外，CAN模塊還有媒體屏蔽寄存器和媒體仲裁寄存器，可對接收的數(shù)據(jù)幀的第0和1兩個字節(jié)進行額外的校驗。圖6是使用報文中心2接收數(shù)據(jù)的程序流程圖。其中 MSRDY，DTUP，MTRQ等位是報文中心 2的控制寄存器 C0M2C的位。

5．結(jié)束語

    DS80C410是帶有以太網(wǎng)和CAN的網(wǎng)絡微控制器。包括一個10/100以太網(wǎng)MAC，三個全雙工硬件串行口，8個雙向8位端口，一個可選的CAN2.0B控制器，1-Wire®主機和64個I/O引腳及用于存儲用戶應用和網(wǎng)絡堆棧的64K字節(jié)內(nèi)部SRAM。內(nèi)嵌CAN模塊支持標準(11位)和擴展(29位)標識符和通用掩模，媒體字節(jié)過濾， DeviceNet™，SDS和高層CAN協(xié)議，自動波特率模式和SIESTA低功耗模式?；贒S80C410內(nèi)嵌CAN總線的食堂售飯系統(tǒng)，不僅有良好的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，而且實時響應能力強，網(wǎng)絡維護方便，用戶界面友好、軟件使用、升級和移植方便，成本低廉。

    本文創(chuàng)新點：DS80C410集成度較高，16MB連續(xù)存儲空間，能夠同時完成對窗口和鍵盤的監(jiān)控。高達75MHz的系統(tǒng)時鐘頻率，使單周期指令僅54ns。內(nèi)嵌CAN模塊，使窗口機硬件結(jié)構(gòu)更為簡單，節(jié)省硬件資源。CAN模塊的15個報文中心，使通信效率增強。對CAN模塊操作與對單片機擴展外部程序/數(shù)據(jù)存貯器的操作是相同的，軟件實現(xiàn)不復雜。

參考文獻：

[1] Dallas/Maxim semiconductor. DS80C410/DS80C411 Network Microcontrollers with Ethernet and CAN, 2005.
[2] Dallas/Maxim semiconductor. High-Speed Microcontroller User’s Guide, 2004.
[3] Dallas/Maxim semiconductor. High-Speed Microcontroller User’s Guide: Network Microcon- troller Supplement, 2005.
[4] 饒運濤, 鄒繼軍, 鄭勇蕓. 現(xiàn)場總線CAN原理與應用技術 [M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2003.
[5] 任敏 趙躍華. 內(nèi)嵌CAN總線在智能繼路器中的應用 [J]. 電力自動化設備,2003, (11) :0060-03,P60～62.
[6] ＤallasMaxim集成產(chǎn)品公司. CAN總線及其集成解決方案 [J]. 今日電子,2003(5),P29～31.
[7] 鄒繼軍,饒運濤,鄭勇蕓,馮林. CAN總線在食堂售飯系統(tǒng)中的應用[J]. 廈門大學學報(自然科學版),2001(8), 增刊1, 第40卷, P252～254.
[8] 鄒繼軍,饒運濤. 食堂售飯系統(tǒng)窗口機設計[J]. 東華理工學院學報,2004(3),第27卷, P293～297.
[9] 田希暉,張玘,張連超,羅詩途.CAN總線及其應用技術[J].微計算機信息（測控自動化）2004,(10).