摘要：介紹了一種基于DS80C410內嵌CAN總線網絡的食堂售飯系統的設計，包括系統的網絡結構和硬件設計。重點介紹了系統中窗口機的硬件、軟件設計，并詳細描述了DS80C410內嵌CAN模塊的初始化過程和報文收發過程。
關鍵詞：DS80C410CAN總線食堂售飯系統窗口機

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，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而且不分主從，通信方式靈活，無需站地址等節點信息。CAN總線現已廣泛應用于工業現場控制、小區安防、環境監控等眾多領域中。

2．系統結構

實時通信的食堂售飯系統的通信特點非常適合于采用CAN總線。它的短幀結構非常適合系統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；靈活的組網特點完全可以解決大型食堂售飯系統中多個食堂和營業網點較分散的問題。

基于CAN總線的食堂售飯系統網絡結構如圖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時同時工作，互為備用，保證系統的穩定可靠。中繼器可以延伸通信距離，增加終端數目，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、發卡/充值機等。

圖1 食堂售飯系統網絡結構圖

圖2 窗口機硬件結構框圖

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為窗口機的硬件結構框圖。采用Dallas內嵌CAN控制器的高速網絡微控制器 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總線收發器PCA82C250接收總線上的數據，供CPU讀取，也可以將CPU送來的數據發送到CAN總線上。內嵌CAN控制器通過DS80C410芯片上的P5.1(C0RX-CAN接收)和P5.0(C0TX-CAN發送)腳分別與收發器的RXD(接收數據輸出)和TXD(發送數據輸入)腳相連。窗口機硬件還包括一個44鍵盤（10個數字鍵、6個功能鍵）、前后各10位數碼顯示（顯示內容完全相同）、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

窗口機具有連網和脫網兩種運行方式。窗口機的默認工作方式分為連網運行，只有在出現網絡故障或其他原因無法連網運行時，才通過開關設定為脫網運行。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，調用相應連網或脫網子程序，進行營業操作。

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，同時 SWINT(軟件初始化) 位要置 1，即禁止CAN 的總線活動，這樣才允許程序對 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、CAN口使能、CAN定時等參數， 初始化CAN模塊。最后恢復CAN中斷。初始化結束后，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

在連網情況下，當窗口機通過MMM獲取卡號后，將卡號發送給服務器，服務器收到卡號后，在數據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，當一次營業操作完成以后，窗口機將用戶總消費額發送給服務器，服務器接收到消費額后進行相應數據庫記錄的更新，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時間，仍未收到服務器的余額幀后，將重發先前的卡號。最多重發3次，當重發3次仍無法收到服務器的回應幀后，顯示相應的提示信息。如果在結帳以后，窗口機發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用戶消費額。圖4為連網子程序流程圖。

圖4 連網子程序流程圖

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

口機的EEPROM中，等系統恢復連網運行以后，服務器從各窗口機中回收存儲的數據，進行服務器數據庫的更新。由于脫網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 發送子程序

圖6接收子程序

4.2.2 幀的發送和接收

DS80C410中CAN模塊提供了15個報文中心，作為發送或接收數據的存儲器。幀的發送和接收通過這15個報文中心實現，也可以選擇一個或若干個報文中心發送或接收幀。這15個報文中心發送或接收數據的優先級順序是以報文中心的逆序排列的。報文中心1-14可設置為接收或發送數據，報文中心15只能接收數據。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（C0MyD0～C0MyD7）的數據區域。仲裁寄存器的值可以在初始化中設置，也可以在發送程序中設置，而且它的值可隨著數據的接收而自動更改。另外，報文中心15的C015M0～C015M3寄存器，還可以執行附加的濾波。

當網絡中某一窗口機處于發送狀態時，首先對使用的報文中心初始化，把要發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送出去。圖5為使用報文中心1發送數據的程序流程圖，其中MSRDY（報文中心就緒），DTUP（數據更新），MTRQ（CPU發送請求）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時，CAN控制器將根據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，可對接收的數據幀的第0和1兩個字節進行額外的校驗。圖6是使用報文中心2接收數據的程序流程圖。其中 MSRDY，DTUP，MTRQ等位是報文中心 2的控制寄存器 C0M2C的位。

5．結束語

DS80C410是帶有以太網和CAN的網絡微控制器。包括一個10/100以太網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絡堆棧的64K字節內部SRAM。內嵌CAN模塊支持標準(11位)和擴展(29位)標識符和通用掩模，媒體字節過濾， DeviceNet，SDS和高層CAN協議，自動波特率模式和SIESTA低功耗模式。基于DS80C410內嵌CAN總線的食堂售飯系統，不僅有良好的穩定性、安全性和可靠性，而且實時響應能力強，網絡維護方便，用戶界面友好、軟件使用、升級和移植方便，成本低廉。

本文創新點：DS80C410集成度較高，16MB連續存儲空間，能夠同時完成對窗口和鍵盤的監控。高達75MHz的系統時鐘頻率，使單周期指令僅54ns。內嵌CAN模塊，使窗口機硬件結構更為簡單，節省硬件資源。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/數據存貯器的操作是相同的，軟件實現不復雜。

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