基于A(yíng)T89C51CC01單片機的CAN—LIN網(wǎng)關(guān)設計

摘要：    本文以AT89C51CC03單片機為基礎，提出了一種CAN—LIN網(wǎng)關(guān)的解決方案，并給出了其硬件設計電路和軟件設計。

關(guān)鍵詞：    AT89C51CC03；CAN總線(xiàn)；LIN總線(xiàn)；網(wǎng)關(guān)

引言

現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用于工業(yè)控制中，尤其是CAN(Controler Area Nerwork)總線(xiàn)由于具有可靠性高、成本低、容易實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)，在現場(chǎng)總線(xiàn)的實(shí)際工程應用中占有了較大的份額。伴隨著(zhù)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，LIN(Local  Interconnect  Network)總線(xiàn)作為一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò )，其目標是為現有的現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )提供輔助功能，特別是汽車(chē)控制網(wǎng)絡(luò )中的總線(xiàn)應用，因此必然存在一個(gè)LIN總線(xiàn)和其它總線(xiàn)的通信接口實(shí)現，本文以CAN總線(xiàn)為例，提出了一種基于A(yíng)T89C51CC03單片機的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)設計方案。 

LIN是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò )用于實(shí)現汽車(chē)中的分布式電子系統控制，LIN 的目標是為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )(例如CAN 總線(xiàn))提供輔助功能，因此LIN總線(xiàn)是一種輔助的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在不需要CAN 總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合比如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通訊，使用LIN 總線(xiàn)可大大節省成本。LIN通訊是基于SCI(UART)數據格式，采用單主控制器/多從設備的模式，僅使用一根12V 信號總線(xiàn)和一個(gè)無(wú)固定時(shí)間基準的節點(diǎn)同步時(shí)鐘線(xiàn)。

網(wǎng)關(guān)硬件設計

整個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊包括LIN接口、CAN接口、CAN波特率設置、LIN波特率設置、電源模塊、狀態(tài)燈六個(gè)子模塊(圖1)。

圖1  系統結構框圖 

AT89C51CC03是Atmel公司的一款內嵌CAN控制器的8位單片機。本設計中以AT89C51CC03單片機為基礎，選擇TJA1020作為L(cháng)IN總線(xiàn)收發(fā)器，采用單片機的UART接口，在CAN模塊設計部分選擇PCA82C250作為CAN總線(xiàn)收發(fā)器，具體的電路連接如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 單片機電路

圖3 CAN接口電路

圖4 LIN接口電路 

在電路中我們設計了一個(gè)5位的撥碼開(kāi)關(guān)，由于在各個(gè)不同的工作系統中，LIN總線(xiàn)和CAN總線(xiàn)的傳輸是不一樣的，這就需要改換軟件，因此在此設計中用一個(gè)5位的撥碼開(kāi)關(guān)用于波特率設置，三位用于LIN波特率設置，兩位用于CAN波特率設置。同時(shí)為了展示網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)，特意設計了工作指示燈，在接收和發(fā)送信號時(shí)分別以一定的頻率閃爍，當有故障出現時(shí)，兩個(gè)燈同時(shí)點(diǎn)亮。

為增強CAN節點(diǎn)的抗干擾能力，單片機的TXDC和RXDC引腳并不是直接與PCA82C250A的TXD和RXD引腳相連，而是通過(guò)高速光耦6N137相連(圖3)。 這樣很好的實(shí)現了總線(xiàn)上各個(gè)節點(diǎn)間的電氣隔離，光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源VCC和VDD必須是完全隔離的，否則采用光耦也就失去了意義。

網(wǎng)關(guān)軟件設計

網(wǎng)關(guān)的軟件設計主要包括主控程序模塊和CAN模塊軟件設計以及LIN模塊軟件設計，CAN模塊軟件設計主要有三個(gè)子函數，一個(gè)是CAN初始化CAN_INIT(),另外兩個(gè)是CAN_RE_ISR( )和CAN_SEND()。CAN_INIT()主要是設置CAN通信的波特率和CAN基本設置，波特率可以根據撥碼開(kāi)關(guān)的值來(lái)設定，在系統上電之后通過(guò)自檢程序自動(dòng)掃描，查預先設定好的波特率表格，設定CAN通信波特率。
CAN_RE_ISR()負責信息的接收和處理，CAN_SEND( )負責信息發(fā)送。

LIN模塊軟件設計主要包括幾個(gè)文件：LIN.H、LIN.C、TEMR0.H TEMRO.C,其中LIN.H、LIN.C分別實(shí)現 LIN規范的設定以及UART波特率的設定和LIN信息的接收與發(fā)送，TEMR0.H TEMRO.C用于產(chǎn)生LIN總線(xiàn)波特率。主控程序設計主要完成整個(gè)網(wǎng)關(guān)的信息轉發(fā)功能，當CAN接收中斷發(fā)生時(shí)，置LIN發(fā)送標志位，準備轉發(fā)CAN信息到LIN網(wǎng)絡(luò )；同樣，當LIN接收中斷生時(shí)，置CAN發(fā)送標志位，準備發(fā)送LIN信息到CAN網(wǎng)絡(luò )。

整個(gè)軟件以C51編寫(xiě)，并利用KEIL 公司的仿真軟件進(jìn)行軟件調試，最后將完整程序燒寫(xiě)到AT89C51CC01的flash空間。

結語(yǔ)

本文提出了基于A(yíng)T89C51CC01單片機的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)設計，解決了現場(chǎng)總線(xiàn)控制中的CAN總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )和LIN總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )之間的信息傳輸問(wèn)題，為現場(chǎng)總線(xiàn)的靈活應用提供了基礎。本設計經(jīng)過(guò)現場(chǎng)實(shí)驗，實(shí)驗結果表明網(wǎng)關(guān)運行良好，工作可靠穩定，并已應用到實(shí)際工作中。

參考文獻：
1.   TJA1020 LIN 收發(fā)器手冊，廣東周立功發(fā)展有限公司
2.    LIN Protocol Implementation on the AT89C51CC03，Atmel公司，4189B-AUTO-04/05