1、基于CAN總線的音頻報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)(圖文)    論文導(dǎo)讀：CAN總線是一種有效支持分布式控制的實(shí)時(shí)控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。本文中介紹的音頻報(bào)警模塊，根據(jù)發(fā)音原理用單片機(jī)本身的定時(shí)器產(chǎn)生不同頻率的方波從而發(fā)出不同聲音，不僅可以有效地解決報(bào)警音單調(diào)的問(wèn)題而且還能降低開(kāi)發(fā)成本。采用8位AVR單片機(jī)ATmega128作為此模塊的微控制器，其外設(shè)資源豐富，可根據(jù)收到的命令控制各部分完成各種功能。 關(guān)鍵詞：CAN總線，AVR單片機(jī)，音頻報(bào)警   

2、 CAN總線是一種有效支持分布式控制的實(shí)時(shí)控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。免費(fèi)論文網(wǎng)。而在一些要求實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)告設(shè)備狀態(tài)的場(chǎng)合中，往往需要配有報(bào)警裝置。以往這種報(bào)警裝置經(jīng)常采用蜂鳴器或者語(yǔ)音芯片來(lái)產(chǎn)生報(bào)警音，采用蜂鳴器時(shí)其聲音單調(diào)，而采用語(yǔ)音芯片時(shí)價(jià)格問(wèn)題又是一個(gè)不得不考慮的因素。 本文中介紹的音頻報(bào)警模塊，根據(jù)發(fā)音原理用單片機(jī)本身的定時(shí)器產(chǎn)生不同頻率的方波從而發(fā)出不同聲音，不僅可以有效地解決報(bào)警音單調(diào)的問(wèn)題而且還能降低開(kāi)發(fā)成本。同時(shí)硬件設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了某些情況下，系統(tǒng)需要記錄部件報(bào)警時(shí)的部分參數(shù)，還

3、附加了存儲(chǔ)芯片可以存儲(chǔ)少量數(shù)據(jù)信息，特別適合一些小型系統(tǒng)或儀器使用。 1 CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信協(xié)議 在CAN網(wǎng)絡(luò)中，主控制器通過(guò)CAN總線與各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)通信，讀取各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息并向各節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信息。圖1為一個(gè)需要報(bào)警設(shè)備的CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主控制通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)一定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)向報(bào)警模塊發(fā)送報(bào)警命令使報(bào)警器鳴叫。 圖1 應(yīng)用音頻報(bào)警模塊的CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在CAN網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)以報(bào)文為單位進(jìn)行傳輸，節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的訪問(wèn)采用為仲裁方式。報(bào)文起始部分為標(biāo)識(shí)符，在CAN2.0B中標(biāo)識(shí)符采用29位格式。 報(bào)警模塊與整個(gè)系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)連接，可接收總線上的全部發(fā)給此模塊的全部數(shù)據(jù)幀。免費(fèi)論文網(wǎng)

4、。一個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀包括標(biāo)識(shí)符和8字節(jié)數(shù)據(jù)。根據(jù)標(biāo)識(shí)符可判斷出該數(shù)據(jù)幀是哪個(gè)部分發(fā)送的，在根據(jù)系統(tǒng)的通信協(xié)議對(duì)幀信息進(jìn)行解析。以報(bào)警模塊在全自動(dòng)凝血儀中的應(yīng)用為例，說(shuō)明數(shù)據(jù)幀的格式。圖2為凝血儀中采用29位標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展幀的報(bào)警幀格式。 圖2 全自動(dòng)凝血儀中CAN報(bào)警幀格式 2 音頻報(bào)警模塊硬件設(shè)計(jì) 音頻報(bào)警模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用8位AVR單片機(jī)ATmega128作為此模塊的微控制器，其外設(shè)資源豐富，可根據(jù)收到的命令控制各部分完成各種功能；聲音驅(qū)動(dòng)部分，采用低電壓的音頻功率放大芯片LM386推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音；CAN總線傳輸部分，采用CAN總線控制器SJA1000和CAN總線收發(fā)器PCA82C25

5、0完成接收和發(fā)送CAN信息幀功能。此外，此模塊還帶用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分，可以滿足小數(shù)據(jù)量的讀寫(xiě)，我們選取TI公司生產(chǎn)的AT24C512芯片（容量64K），此芯片通過(guò)I2C總線讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，可根據(jù)需要最多外掛4片。 圖3 音頻報(bào)警模塊硬件設(shè)計(jì) 3 音頻報(bào)警及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊軟件設(shè)計(jì) 3.1 軟件實(shí)現(xiàn)分析 聲音是物體的振動(dòng)產(chǎn)生的，振動(dòng)的頻率不同，發(fā)出的聲音就不同，樂(lè)音是有規(guī)律的振動(dòng)發(fā)出的。樂(lè)譜中每一個(gè)音符都與某一個(gè)特定的頻率相對(duì)應(yīng)（見(jiàn)表一）。此外，音樂(lè)播放時(shí)還要有一個(gè)曲調(diào)，音頻報(bào)警模塊中使用3/4拍，而這個(gè)曲調(diào)值所對(duì)應(yīng)的1個(gè)節(jié)拍的時(shí)間是748000s。因此，可以在程序中定義一個(gè)全局變量的二維數(shù)組，其第一字節(jié)表示

6、音符，第二字節(jié)表示此音符的節(jié)拍，數(shù)組的長(zhǎng)度依報(bào)警音樂(lè)而定。這樣就可以根據(jù)不同的環(huán)境，編輯多種不同的報(bào)警音樂(lè)。 AVR單片機(jī)（Atmege128）有四個(gè)定時(shí)器，其中兩個(gè)16位定時(shí)器T1/T3和兩個(gè)8位定時(shí)器T0。免費(fèi)論文網(wǎng)。使16位定時(shí)器T1工作在輸出匹配模式下，直接將音符對(duì)應(yīng)的頻率輸入到前面定義的數(shù)組中，就可方便的產(chǎn)生我們需要的不同頻率的方波，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出不同音符的聲音。用8位定時(shí)器T0來(lái)控制音符播放的時(shí)間（即節(jié)拍），由于8位定時(shí)器最大計(jì)數(shù)值是255，所以僅將T0中預(yù)置1/400節(jié)拍的時(shí)間，另外設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器，T0每中斷一次計(jì)數(shù)器加1，直到達(dá)到節(jié)拍為止。 對(duì)于CAN信息幀的處理，可以根據(jù)通信協(xié)

7、議在AVR單片機(jī)中開(kāi)辟一個(gè)緩存區(qū)，用來(lái)存放分離出的一幀信息。一般緩存區(qū)有一定的長(zhǎng)度，當(dāng)收到的幀信息數(shù)大于所設(shè)置的最大接收幀信息數(shù)時(shí)，即從緩存區(qū)的開(kāi)頭重新存儲(chǔ)。此外，在CAN總線系統(tǒng)中一般為了測(cè)試各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，主控制器經(jīng)常會(huì)發(fā)送一些廣播信息或握手命令。而對(duì)于這些情況，可以在CAN協(xié)議解析中直接應(yīng)答而不將此幀信息存入緩存區(qū)，以免濫費(fèi)緩存空間、影響執(zhí)行速度。 表1 C調(diào)音符與頻率及計(jì)數(shù)器初值對(duì)應(yīng)關(guān)系               低 音   

8、 中 音    高 音     頻率（Hz）    初值（H）    頻率（Hz）    初值（H）    頻率（Hz）    初值（H）     1    262    F724 

9、;   523    FC44    1046    FE22     2    294    F95B    587    FCAC    1175    FE56&#

10、160;    3    330    FA15    659    FD09    1318    FE85     4    349    FA67    698&#

11、160;   FD34    1397    FE9A     5    392    FB04    784    FD82    1568    FEC1     6

12、    440    FB90    880    FDC8    1760    FEE4     7    494    FC0C    988    FE

13、06    1967    FF03     3.2 軟件流程設(shè)計(jì) 音頻報(bào)警程序流程如圖4所示。首先進(jìn)行硬件初始化，包括端口初始化和定時(shí)器預(yù)置初值及設(shè)置分頻器等。其次復(fù)位軟件CAN總線控制器SJA1000并初始化該芯片。當(dāng)收CAN信息幀后按照協(xié)議進(jìn)行解析，從數(shù)據(jù)幀取出發(fā)送者地址、命令及所帶各個(gè)參數(shù)等；若收到的命令是報(bào)警或數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，則將分離后的信息存儲(chǔ)到緩存區(qū)中，然后程序到緩存區(qū)中讀相應(yīng)的幀信息，根據(jù)命令號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的子程序。當(dāng)子程序執(zhí)行完畢后，程序?qū)⒗^續(xù)等待其他CAN信息幀。 圖4 音頻報(bào)警程序流程 4 應(yīng)用實(shí)例 音頻報(bào)警模塊可以應(yīng)用于任何使用CAN總線通信同時(shí)需要報(bào)警音提示的現(xiàn)場(chǎng)。例如，應(yīng)用在基于CAN總線的家庭控制系統(tǒng)中，基于CAN總線的儀器里。實(shí)驗(yàn)證明，此音頻報(bào)警模塊應(yīng)用于內(nèi)部采用CAN總線通信的全自動(dòng)凝血儀中時(shí)，分別定義了8種不同的報(bào)警提示音，聲音效果良好，工作可靠。 參考文獻(xiàn) 1 金振華，盧青春等基于虛擬儀器的車載CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)