基于CAN总线的分布式显示控制系统

主机负责监控各个从机，向从机发布指令，并接收处理从机传来的检测数据。从机执行主机的指令，显示运行信息，向主机传送检测数据。CAN接口电路负责各节点间的串行通信。两只125Ω电阻作为CAN线路的匹配电阻。本文着重介绍CAN总线的设计使用以及点阵显示电路的设计原理，其他功能电路的介绍从略。
CAN总线硬件设计
CAN接口电路如图2所示， SJA1000是PHILIPS公司生产的独立CAN通信控制器，SJA1000集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，该控制器具有多主结构、总线访问优先权、硬件滤波等特点。PCA82C250是CAN 协议控制器和物理总线的接口，它可以提供总线的差动发送能力和接收能力，高速应用可达1M baud，最多可挂110个节点。 

CAN总线初始化设计 
要使SJA1000正常工作，必须先对其作初始化，这是一个重点。对SJA1000的操作是由读写其片内的控制寄存器实现的。待SJA1000硬件复位完成后，单片机就可以初始化SJA1000，初始化程序如下： INITISJA1000: 
RESET:
CONFIG:
OPERATE_MODE:
CONFIG1:
CLR EX0 ；关中断 
MOV DPTR , #0000H 
MOV A , #01H 
MOVX @DPTR , A ;设置复位请求标志 
MOV A , #40H 
MOV DPTR , #001FH 
MOVX @DPTR , A ;CDR=40H 
MOV A , #13H 
MOV DPTR , #0004H 
MOVX @DPTR , A ;设ACR接受代码=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 ;进入工作模式 
SETB EX0 ;开中断 
RET 
#p##e#
这里SJA1000的首地址是0000H。只有SJA1000进入复位工作模式，才可以初始化相应的寄存器。时钟分频寄存器(CDR)设定值为40H，表示选BasicCAN工作模式，忽略CAN输入比较器和不用TX1输出做专用接收中断输出。接收代码寄存器(ACR)和接收屏蔽寄存器(AMR)组成接收过滤器，接收代码位（AC.7-AC.0），接收屏蔽位（AM.7-AM.0）和信息识别码的八位（ID.10-ID.3）满足下述方程，该信息才会被接收： 
[（ID.10-ID.3）≡（AC.7-AC.0）] ∨（AM.7-AM.0）≡11111111
总线时序寄存器0（BTR0）可决定波特率预置值和同步跳转宽度的值，BTR0=01H表示波特率设为250Kbps(用16M晶振)。总线时序寄存器1（BTR1）决定位周期宽度，采样点位置和在每个采样点的采样次数。系统中各节点的BTR0、BTR1应设为相同，否则不能互相通信。输出控制寄存器OCR决定了不同输出驱动配置的建立。设置完这些寄存器后，要将SJA1000设为正常工作模式，并按需要使能其相应的中断位。SJA1000中各控制寄存器的详细说明和用法可参考文献1。
CAN总线通信程序设计
各节点间的通信可采用中断方式或查询方式，本控制系统采用中断方式通信。各个节点之间的指令、数据交换通过下面这个子程序模块完成的。 
显示电路各节点的一个重要组成部分是显示电路。作为人机交互界面，显示电路告诉人们系统当前运行信息。显示电路结构图如图3所示。 

单片机的任务是根据上位主机的命令产生显示数据及控制信号。16行×64列的LED显示点阵由点阵块组成。显示电路采用1/16扫描方式，显示点阵的一行对应一路行选通信号，各行的同一列共用一个列选通信号，这样既满足显示要求，又可以简化电路。行驱动电路主要由74HC163、74HC138、Si4953组成，用以产生行选通信号。74HC163和74HC138构成行译码器，在单片机的控制下，从第一行开始按顺序选通显示点阵各行；Si4953是P沟道MOSFET管，作用是提高行信号的驱动能力。在选通某一行后，该行上各个LED是点亮还是熄灭，由各自的列选通信号决定，其它行的LED则全熄灭。显示电路以这样方法逐行扫描显示点阵，只要整个扫描周期足够快，人们就感觉不到显示闪烁。
驱动电路由74HC595级联组成，前一片74HC595的Q，H引脚连接下一片的SER引脚，各片的SRCLK、SRCLR、RCLK引脚分别并联。单片机的RXD口输出显示数据给第一片74HC595的SER引脚；TXD口发出移位脉冲将串行数据逐位移入74HC595中。在一行数据传输完后，单片机向各个74HC595的SRCLK引脚发一个锁存信号，这行数据就被锁入74HC595的锁存器中，产生对应输入数据的列选通信号。在该行显示期间，同时进行下一行显示数据的传输，这样可以缩短扫描周期。
本文介绍的分布式显示控制系统已应用于电梯控制系统中，其性能稳定、可靠。CAN总线的选用提高了本系统的通信效率和可靠性。CAN总线通信具有可靠性高、通信距离远、速率高、多主结构、错误处理能力强等特点，非常适合分布式系统的串行通信。系统中的显示电路是一个成熟可靠的显示方案，可根据这个设计原理，设计出各种规格要求的点阵显示屏。