基于單片機實現(xiàn)CAN總線與LIN總線間的傳輸設(shè)計方案

引言

現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，尤其是CAN（ControlerAreaNerwork）總線由于具有可靠性高、成本低、容易實現(xiàn)等優(yōu)點，在現(xiàn)場總線實際工程應(yīng)用中占有了較大份額。伴隨著總線技術(shù)發(fā)展，LIN（LocalInterconnectNetwork）總線作為一種低成本串行通信網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是為現(xiàn)有現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，特別是汽車控制網(wǎng)絡(luò)中總線應(yīng)用，因此必然存在一個LIN總線和其它總線通信接口實現(xiàn)，本文以CAN總線為例，提出了一種基于AT89C51CC03單片機CAN-LIN網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案。

LIN是一種低成本串行通訊網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)汽車中分布式電子系統(tǒng)控制，LIN目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)（例如CAN總線）提供輔助功能，因此LIN總線是一種輔助總線網(wǎng)絡(luò)，在不需要CAN總線帶寬和多功能場合比如智能傳感器和制動裝置之間通訊，使用LIN總線可大大節(jié)省成本。LIN通訊是基于SCI（UART）數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器/多從設(shè)備模式，僅使用一根12V信號總線和一個無固定時間基準(zhǔn)節(jié)點同步時鐘線。

網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計

整個網(wǎng)關(guān)模塊包括LIN接口、CAN接口、CAN波特率設(shè)置、LIN波特率設(shè)置、電源模塊、狀態(tài)燈六個子模塊（圖1）。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

AT89C51CC03是Atmel公司一款內(nèi)嵌CAN控制器8位單片機。本設(shè)計中以AT89C51CC03單片機為基礎(chǔ)，選擇TJA1020作為LIN總線收發(fā)器，采用單片機UART接口，在CAN模塊設(shè)計部分選擇PCA82C250作為CAN總線收發(fā)器，具體電路連接如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 單片機電路

圖4 LIN接口電路

在電路中我們設(shè)計了一個5位撥碼開關(guān)，由于在各個不同工作系統(tǒng)中，LIN總線和CAN總線傳輸是不一樣，這就需要改換軟件，因此在此設(shè)計中用一個5位撥碼開關(guān)用于波特率設(shè)置，三位用于LIN波特率設(shè)置，兩位用于CAN波特率設(shè)置。同時為了展示網(wǎng)關(guān)工作狀態(tài)，特意設(shè)計了工作指示燈，在接收和發(fā)送信號時分別以一定頻率閃爍，當(dāng)有故障出現(xiàn)時，兩個燈同時點亮。

為增強CAN節(jié)點抗干擾能力，單片機TXDC和RXDC引腳并不是直接與PCA82C250ATXD和RXD引腳相連，而是通過高速光耦6N137相連（圖3）。這樣很好實現(xiàn)了總線上各個節(jié)點間電氣隔離，光耦部分電路所采用兩個電源VCC和VDD必須是完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。

網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計

網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計主要包括主控程序模塊和CAN模塊軟件設(shè)計以及LIN模塊軟件設(shè)計，CAN模塊軟件設(shè)計主要有三個子函數(shù)，一個是CAN初始化CAN_INIT（），另外兩個是CAN_RE_ISR（）和CAN_SEND（）。CAN_INIT（）主要是設(shè)置CAN通信波特率和CAN基本設(shè)置，波特率可以根據(jù)撥碼開關(guān)值來設(shè)定，在系統(tǒng)上電之后通過自檢程序自動掃描，查預(yù)先設(shè)定好波特率表格，設(shè)定CAN通信波特率。

CAN_RE_ISR（）負(fù)責(zé)信息接收和處理，CAN_SEND（）負(fù)責(zé)信息發(fā)送。

LIN模塊軟件設(shè)計主要包括幾個文件：LIN.H、LIN.C、TEMR0.HTEMRO.C，其中LIN.H、LIN.C分別實現(xiàn)LIN規(guī)范設(shè)定以及UART波特率設(shè)定和LIN信息接收與發(fā)送，TEMR0.HTEMRO.C用于產(chǎn)生LIN總線波特率。主控程序設(shè)計主要完成整個網(wǎng)關(guān)信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，當(dāng)CAN接收中斷發(fā)生時，置LIN發(fā)送標(biāo)志位，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)發(fā)CAN信息到LIN網(wǎng)絡(luò);同樣，當(dāng)LIN接收中斷生時，置CAN發(fā)送標(biāo)志位，準(zhǔn)備發(fā)送LIN信息到CAN網(wǎng)絡(luò)。

整個軟件以C51編寫，并利用KEIL公司仿真軟件進行軟件調(diào)試，最后將完整程序燒寫到AT89C51CC01flash空間。

結(jié)語

本文提出了基于AT89C51CC01單片機CAN-LIN網(wǎng)關(guān)設(shè)計，解決了現(xiàn)場總線控制中CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)和LIN總線控制網(wǎng)絡(luò)之間信息傳輸問題，為現(xiàn)場總線靈活應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。本設(shè)計經(jīng)過現(xiàn)場實驗，實驗結(jié)果表明網(wǎng)關(guān)運行良好，工作可靠穩(wěn)定，并已應(yīng)用到實際工作中。

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