RS485-CAN總線(xiàn)轉換器設計

RS485是工業(yè)控制領(lǐng)域中一種傳統的總線(xiàn)技術(shù)。然而，隨著(zhù)工業(yè)控制的復雜度提高，RS485總線(xiàn)在系統容量，通訊距離，不能支持多主結構等方面的缺陷開(kāi)始逐漸顯現。

CAN總線(xiàn)是從20時(shí)紀80年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，它的總線(xiàn)長(cháng)度最遠可達10千米（速率5Kbps以下），數據傳輸速率最高可達1Mbps（通訊距離40米以?xún)龋?。它在多主方式下工作，不分主從；節點(diǎn)數的數目主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達110個(gè)。采用非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)，即使網(wǎng)絡(luò )負載很重也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓現象。此外，CAN的每幀信息都有CRC校驗和其它檢錯措施，有很好的檢錯效果[1]。

由于CAN總線(xiàn)具備以上優(yōu)點(diǎn)，它目前已經(jīng)被廣泛應用到汽車(chē)電子、電力系統、航空工業(yè)和自動(dòng)工作等領(lǐng)域中，并形成了國際標準，被公認為幾種最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一[2]。

然而，由于RS485和CAN總線(xiàn)的電壓不兼容，幀格式也不相同，因此，大量現有的RS485總線(xiàn)設備若要在CAN總線(xiàn)上使用，就必須使用RS485-CAN總線(xiàn)轉換器。

2．系統硬件設計

2.1系統硬件原理框圖

圖1 ：RS485-CAN總線(xiàn)轉換器原理框圖

RS485-CAN總線(xiàn)轉換器由微控制器、CAN總線(xiàn)控制器、CAN總線(xiàn)收發(fā)器、UART控制器、RS485總線(xiàn)收發(fā)器組成，其原理框圖如圖1所示。

微處理器通過(guò)對CAN控制器和UART控制器的操作，經(jīng)過(guò)CAN總線(xiàn)收發(fā)器和RS485總線(xiàn)收發(fā)器的電平轉換，分別實(shí)現了在CAN總線(xiàn)上接收和發(fā)送數據以及對RS485設備上數據的讀寫(xiě)。

當要向RS485設備寫(xiě)數據時(shí)，就將要寫(xiě)的數據發(fā)送到CAN總線(xiàn)上。通過(guò)CAN總線(xiàn)收發(fā)器的電平轉換之后，CAN控制器將收到一幀CAN數據，當確認這幀數據是發(fā)往本節點(diǎn)時(shí)，微控制器就將數據發(fā)送到UART控制器上，通過(guò)RS485總線(xiàn)收發(fā)器傳送到RS485設備上。

RS485設備發(fā)送數據時(shí)，數據將通過(guò)RS485和UART控制器傳送到微處理器上。微處理器就將這個(gè)數據通過(guò)CAN控制器和CAN總線(xiàn)收發(fā)器發(fā)送到CAN總線(xiàn)上，讓其它節點(diǎn)接收。

2.2系統電路設計

本文介紹的RS485-CAN總線(xiàn)轉換器選用飛利浦公司的LPC2119作為系統的微控制器。LPC2119是一款集成有CAN和UART控制器的ARM7核的工業(yè)級單片機。具有低功耗和穩定可靠的特點(diǎn)[3]。由于LPC2119本身集成了CAN和UART控制器，因此只需再增加一塊CAN總線(xiàn)收發(fā)芯片和一塊RS485總線(xiàn)收發(fā)芯片，以及一些外圍器件即可完成系統的電路搭建。

CAN總線(xiàn)收發(fā)器選用TJA1050，該芯片是飛利浦公司生產(chǎn)的、用來(lái)替代82C250的高速CAN總線(xiàn)收發(fā)器。除了保留82C250的主要特性外，由于TJA1050采用了先進(jìn)的SOI（silicon on insulator）技術(shù)，因此抗電磁干擾性能得到大幅提高。[4]

RS485總線(xiàn)收發(fā)器選用了Sipex公司的SP485E，該芯片是一半雙工收發(fā)器，具有增強型ESD性能，可承受15kV的人體放電模式和接觸放電模式。系統電路圖如圖2所示：

圖2： 系統電路圖

圖3： 微控制器初始化流程圖

圖中，TD1和RD1分別為L(cháng)PC2119內建CAN控制器的發(fā)送和接收引腳，TXD0和RXD0分別為L(cháng)PC2119內建UART控制器的發(fā)送和接收引腳。TJA1050的S引腳是靜音模式選擇引腳。S引腳高電平時(shí)，TJA1050進(jìn)入靜音模式，發(fā)送器完全禁能，執行只聽(tīng)功能。SP485E的/RE引腳和DE引腳分別是接收使能和發(fā)送使能，一個(gè)是低電平起效，一個(gè)是高電平起效。由于SP485E是一半雙工的收發(fā)器，因此可以把/RE引腳和DE接在一起，由微控制器的一個(gè)IO來(lái)控制SP485E是處于接收狀態(tài)還是發(fā)送狀態(tài)。

3．系統軟件設計

系統的軟件設計主要包括三大部分：系統初始化程序、RS485設備數據發(fā)送中斷程序，RS485設備數據接收中斷程序。

3.1系統初始化程序

系統的初始化包括微控制器的初始化、UART控制器初始化和CAN控制器初始化。微控制器初始化的流程可見(jiàn)圖3(源代碼略)。