基于C8051F040的以太網(wǎng)-CAN轉換電路設計

摘要：以太網(wǎng)和CAN總線(xiàn)應用廣泛，但由于其通信協(xié)議不同，兩種總線(xiàn)器件間無(wú)法進(jìn)行數據通信，因此，設計了基于CP2200與C8051F040的以太網(wǎng)總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)接口轉換電路，并給出部分相關(guān)硬件電路與軟件設計分析。在保證數據完整和協(xié)議可靠的前提下，通過(guò)握手協(xié)議和簡(jiǎn)化的以太網(wǎng)協(xié)議，不僅實(shí)現了以太網(wǎng)數據與CAN數據的轉發(fā)，同時(shí)還順利的解決了以太網(wǎng)的高速性與CAN的低速率沖突，以及兩者數據包之間的大小不同的矛盾。
關(guān)鍵詞：CP2200；C8051F040；以太網(wǎng)；CAN；總線(xiàn)

控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，CAN)總線(xiàn)是Bosch公司為解決現代汽車(chē)控制設備與測試儀器之間數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，主要用于各種設備的檢測及控制。目前，CAN總線(xiàn)被廣泛應用于汽車(chē)等交通運輸工具、工業(yè)控制、智能樓宇、機械工業(yè)、醫療器械、傳感器等領(lǐng)域，被稱(chēng)為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，但其主要缺點(diǎn)是不適合遠距離傳輸。以太網(wǎng)接口開(kāi)始是為了連接實(shí)驗室的多個(gè)計算機設備，開(kāi)發(fā)的快速連接方式。隨著(zhù)傳輸速率的提高和交換技術(shù)的使用，以太網(wǎng)的確定性和實(shí)時(shí)性得到了保證，工業(yè)以太網(wǎng)的安全性和網(wǎng)絡(luò )生存性也得到了很大程度的提高。使其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應用。目前計算機已經(jīng)廣泛應用與各個(gè)操控領(lǐng)域，而計算機常用的連接端口就是以太網(wǎng)，只要接口標準統一，并安裝好必要的軟件，計算機就可以介入到各個(gè)控制系統中去。因此，為了提高效率，有必要采用技術(shù)手段，實(shí)現通過(guò)以太網(wǎng)接口使計算機融入CAN網(wǎng)絡(luò )，把以太網(wǎng)的遠距離傳輸性與CAN的專(zhuān)業(yè)性結合起來(lái)，優(yōu)勢組合。

1 芯片選擇
1．1 CP2200芯片介紹
CP2200芯片是Sificon Labs公司推出的工業(yè)界體積最小、性能最高、8位總線(xiàn)控制的以太網(wǎng)驅動(dòng)芯片，支持IEEE802·3以太網(wǎng)媒體訪(fǎng)問(wèn)MAC控制協(xié)議，支持10BASE／T物理層，完全兼容100／1 000 BASE T網(wǎng)絡(luò )，可以工作在全雙工或半雙工模式，能進(jìn)行自動(dòng)極性檢測和糾正，具有碰撞自動(dòng)重發(fā)功能，能自動(dòng)填充和生成CRC，支持廣播和多播。CP2200內部帶有2 k字節的發(fā)送緩存和4 k字節的接收緩存，還有8 k字節的內部Flash存儲器，用于存儲用戶(hù)常數、Web服務(wù)器內容，它的最后6個(gè)存儲單元是工廠(chǎng)預編程的唯一48位MAC地址。此芯片采用48管腳的TQFP封裝，工作的溫度范圍在-40～+85℃，可為具有11個(gè)以上I／O引腳的微處理器擴展以太網(wǎng)通信功能。此芯片具有30 Mb／s速率的并行主機接口，支持Intel和Motorola兩種總線(xiàn)方式。
CP2200的多種集成功能(如CRC校驗、數據濾波等)有效減輕了單片機的載荷，它內部的收發(fā)接口單元操作起來(lái)靈活方便，為以太網(wǎng)數據包提供了有效緩沖。使用該芯片時(shí)，電路只需增加1個(gè)RJ-45快速以太網(wǎng)接口即可，其工作特性可以滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)的傳輸波特率要求。其內部結構如圖1所示。

1．2 C8051F040芯片介紹
C8051F系列單片機是Silicon Labs公司推出的系統級芯片，具有與80C51兼容的CIP-51內核。C8051F040內部集成的CAN控制器包括1個(gè)CAN內核、消息RAM(獨立于CIP-51內核)、消息處理單元、控制寄存器等。C8051F040內部包含1個(gè)CAN協(xié)議控制器，并沒(méi)有提供物理層的驅動(dòng)器，實(shí)現與CAN總線(xiàn)的接口。數據接收和濾波都由CAN控制器完成，不需要CIP-51內核的參與。這種方式可使CAN通信時(shí)占用的系統資源最小。CIP-51內核通過(guò)配置其內部的特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現CAN的數據交互。其內部結構如圖2所示。