PIC18單片機的RS-485/CAN智能轉換器的設計

RS-485是一個(gè)電氣接口規范，它定義了一個(gè)基于單對平衡線(xiàn)的多點(diǎn)、雙向(半雙工)通信鏈路，只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶(hù)可以建立自己的高層通信協(xié)議，在當時(shí)看來(lái)是一種相對經(jīng)濟具有相當高噪聲抑制相對高的傳輸速率傳輸距離遠和寬共模范圍的通信平臺，因此基于RS-485總線(xiàn)的通訊方法得到了廣泛的應用。
由于RS-485總線(xiàn)本身存在的許多局限性，隨著(zhù)科技的發(fā)展RS-485的總線(xiàn)效率低，系統的實(shí)時(shí)性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網(wǎng)絡(luò )工程調試復雜、傳輸距離不理想、單總線(xiàn)可掛接的節點(diǎn)少、應用不靈活等缺點(diǎn)慢慢的暴露出來(lái)。雖歷經(jīng)多次改進(jìn)但均是治標不治本。
CAN-bus是一種多主方式的串行通訊總線(xiàn)。具有較高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出通信過(guò)程中發(fā)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10 km 時(shí)CAN-bus仍可提供高達5 kb/s的數據傳輸速率。他在通信能力、可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性、易用性、傳輸距離、成本等方面有著(zhù)明顯的優(yōu)勢，從而成為了業(yè)界最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。
基于RS-485網(wǎng)絡(luò )在現場(chǎng)的廣泛應用，完全放棄RS-485網(wǎng)絡(luò )系統是不現實(shí)的。但可以考慮一種折衷的辦法，就是在保留現有RS-485系統硬件結構的基礎上給系統添加一個(gè)CAN-bus接口，RS-485/CAN智能轉換器的設計就具有了現實(shí)的意義。他可以實(shí)現RS-485網(wǎng)絡(luò )與CAN網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)。系統原理框圖如圖1所示。

2 轉換器設計
轉換器設計的原理框圖如圖2所示：

在該設計中采用了帶CAN控制器的PIC18F258芯片，其特點(diǎn)如表1所示。與傳統的MCU再加上獨立的CAN控制器的設計方法相比，可以使設計大大簡(jiǎn)化，同時(shí)也增加了系統的可靠性。

表1 PIC18F258單片機的性能參數 名稱(chēng) 特性
高性能RISC CPU 2MB的程序存儲器。4kB的數據RAM。16位寬指令，
高達10 MIPS的執行速度。8×8單周期硬件乘法器
豐富的外圍功能模塊 4個(gè)內部定時(shí)器，PWM/CCP模塊，USART模塊，
10位8通道A/D。CAN 總線(xiàn)模塊，異步串行通信SPI方式，I2C模式

特殊的單片機特性 SLEEP方式，帶有片內RC振蕩器的監視定時(shí)器(WDT)，
可編程代碼保護功能，通過(guò)兩個(gè)引腳可進(jìn)行在線(xiàn)串行編程(ICSP)

FLASH 技術(shù) 低功耗，高速增強型FLASH 技術(shù)

2.1 硬件電路設計
硬件電路原理圖如圖3所示，包括MCU，總線(xiàn)驅動(dòng)模塊，光電隔離，DC-DC隔離電源模塊等。

RS485總線(xiàn)驅動(dòng)模塊采用MAX487，MAX487工作于半雙工模式，內部包含一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，在工作時(shí)需要通過(guò)使能端來(lái)控制“收”和“發(fā)”，將其使能端RE和DE連接到一起，然后接到PIC單片機的RC4，在軟件中通過(guò)對RC4的置位和復位來(lái)控制MAX487的收和發(fā)。
RS-485標準采用差分傳輸，本身已具有一定的抗干擾能力，在其傳輸通道的兩端分別加上一個(gè)6N137芯片，可以進(jìn)一步增強轉換器的抗干擾能力?？梢员苊庥蓚鬏攩?wèn)題而引起的死機現象。
CAN總線(xiàn)驅動(dòng)模塊采用PCA82C250，接口電路比較簡(jiǎn)單。同樣也在其傳輸通道加上兩個(gè)高速光耦6N137，實(shí)現總線(xiàn)和轉換器的電氣隔離。
在硬件設計中需要特別注意電源部分的設計，因為光耦隔離兩側必須采用獨立的電源供電，否則將不能起到隔離的作用。轉換器在現場(chǎng)應用的時(shí)候不是采用電池供電，而是采用現場(chǎng)CAN總線(xiàn)的電源來(lái)供電，而這個(gè)電源是不穩定的電源，而且存在很多干擾量，不能直接應用到轉換器當中，必須經(jīng)過(guò)隔離，濾波以及穩壓處理。