基于AT89C51CC01單片機(jī)的CAN—LIN網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

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

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

引言

現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制中，尤其是CAN(Controler Area Nerwork)總線由于具有可靠性高、成本低、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場總線的實(shí)際工程應(yīng)用中占有了較大的份額。伴隨著總線技術(shù)的發(fā)展，LIN(Local  Interconnect  Network)總線作為一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是為現(xiàn)有的現(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)中的總線應(yīng)用，因此必然存在一個LIN總線和其它總線的通信接口實(shí)現(xiàn)，本文以CAN總線為例，提出了一種基于AT89C51CC03單片機(jī)的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案。 

LIN是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制，LIN 的目標(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總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)，在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場合比如智能傳感器和制動裝置之間的通訊，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)備的模式，僅使用一根12V 信號總線和一個無固定時(shí)間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時(shí)鐘線。

網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

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公司的一款內(nèi)嵌CAN控制器的8位單片機(jī)。本設(shè)計(jì)中以AT89C51CC03單片機(jī)為基礎(chǔ)，選擇TJA1020作為LIN總線收發(fā)器，采用單片機(jī)的UART接口，在CAN模塊設(shè)計(jì)部分選擇PCA82C250作為CAN總線收發(fā)器，具體的電路連接如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 單片機(jī)電路

圖3 CAN接口電路

圖4 LIN接口電路 

在電路中我們設(shè)計(jì)了一個5位的撥碼開關(guān)，由于在各個不同的工作系統(tǒng)中，LIN總線和CAN總線的傳輸是不一樣的，這就需要改換軟件，因此在此設(shè)計(jì)中用一個5位的撥碼開關(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(shí)為了展示網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)，特意設(shè)計(jì)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(dāng)有故障出現(xiàn)時(shí)，兩個燈同時(shí)點(diǎn)亮。

為增強(qiáng)CAN節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，單片機(jī)的TXDC和RXDC引腳并不是直接與PCA82C250A的TXD和RXD引腳相連，而是通過高速光耦6N137相連(圖3)。 這樣很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各個節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離，光耦部分電路所采用的兩個電源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(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)主要包括主控程序模塊和CAN模塊軟件設(shè)計(jì)以及LIN模塊軟件設(shè)計(jì)，CAN模塊軟件設(shè)計(jì)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通信的波特率和CAN基本設(shè)置，波特率可以根據(jù)撥碼開關(guān)的值來設(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)定好的波特率表格，設(shè)定CAN通信波特率。
CAN_RE_ISR()負(fù)責(zé)信息的接收和處理，CAN_SEND( )負(fù)責(zé)信息發(fā)送。

LIN模塊軟件設(shè)計(jì)主要包括幾個文件：LIN.H、LIN.C、TEMR0.H TEMRO.C,其中LIN.H、LIN.C分別實(shí)現(xiàn) LIN規(guī)范的設(shè)定以及UART波特率的設(shè)定和LIN信息的接收與發(fā)送，TEMR0.H TEMRO.C用于產(chǎn)生LIN總線波特率。主控程序設(shè)計(jì)主要完成整個網(wǎng)關(guān)的信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，當(dāng)CAN接收中斷發(fā)生時(shí)，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(shí)，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 公司的仿真軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，最后將完整程序燒寫到AT89C51CC01的flash空間。

結(jié)語

本文提出了基于AT89C51CC01單片機(jī)的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，解決了現(xiàn)場總線控制中的CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)和LIN總線控制網(wǎng)絡(luò)之間的信息傳輸問題，為現(xiàn)場總線的靈活應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明網(wǎng)關(guān)運(yùn)行良好，工作可靠穩(wěn)定，并已應(yīng)用到實(shí)際工作中。

參考文獻(xiàn)：
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