LIN主從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：LIN是一種串行通訊協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。介紹了具體的LIN主從節(jié)點(diǎn)硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)提出若干抗千擾措施。測試證明按照這種方法設(shè)計(jì)的LIN網(wǎng)絡(luò)能正確實(shí)現(xiàn)通信。
關(guān)鍵詞：LIN總線；主節(jié)點(diǎn)；從節(jié)點(diǎn)；CAN總線

LIN(LocalInterconnect Network)是一種低速汽車網(wǎng)絡(luò)，采用單主多從、異步串行通信方式，定位于現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)(如CAN總線)的輔助和補(bǔ)充，目的是以低廉的價(jià)格聯(lián)接車上的傳感器、執(zhí)行器和處理器，并且允許不同廠家的模塊隨時(shí)添加進(jìn)來。LIN的主要特點(diǎn)有：低成本，基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必須的硬件；傳輸速率最高可達(dá)20 Kb／s；從節(jié)點(diǎn)不需晶振或陶瓷震蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步，節(jié)省了從設(shè)備的硬件成本；單主控器／多從設(shè)備模式，無需仲裁機(jī)制；不需要改變LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn)等。

1 主從節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和最多15個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。設(shè)計(jì)LIN節(jié)點(diǎn)可以有三種方法：用普通I／O口線模擬異步串行通信；用UART和定時(shí)器實(shí)現(xiàn)；用專門的LIN模塊來實(shí)現(xiàn)。第一種方法成本最低，但CPU負(fù)擔(dān)最重，代碼較多；第二種方法成本適中，CPU負(fù)擔(dān)較輕；第三種方法成本較高，但CPU負(fù)擔(dān)最輕，代碼最少。這里采用最常用的一種，即基于UART和定時(shí)器的LIN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。LIN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

在LIN網(wǎng)絡(luò)中所有的通信都由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，同時(shí)還承擔(dān)與CAN總線通信的任務(wù)，因此主節(jié)點(diǎn)硬件電路主要包括微控制器、LIN收發(fā)器和CAN收發(fā)器。LIN收發(fā)器將協(xié)議控制器向TXD引腳輸入的傳輸數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成總線信號(hào)并由收發(fā)器控制回轉(zhuǎn)速率和波形以減少EME；CAN收發(fā)器作為CAN總線與控制器之間的接口以及提供CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。需要注意的是主節(jié)點(diǎn)電路中必須連接一個(gè)1 kΩ的上拉電阻和一個(gè)二極管。采用Microchip公司的PICl8系列單片機(jī)作為主節(jié)點(diǎn)的微控制器，MCP2551作為CAN總線收發(fā)器，MCP201作為LIN總線收發(fā)器。主節(jié)點(diǎn)硬件原理圖如圖2所示。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中還要注意EMI(電磁干擾)和ESD(靜電危害)對LIN總線的干擾，為了避免EMI的影響，LIN協(xié)會(huì)把LIN的最高位速率限制在20 Kb／s，同時(shí)最大傳輸距離不能超過40 m；ESD表現(xiàn)為短暫而幅度迅速衰減的高壓、大電流放電，而LIN總線收發(fā)器最容易受到：ESD的沖擊，因此設(shè)計(jì)時(shí)可以在電源線和地線之間串聯(lián)電阻和電容，也可以把地線加粗，并與其他大面積接地導(dǎo)體就近、低阻抗連接。
從節(jié)點(diǎn)采用PIC18F1320作為主控制器，MCP201作為LIN總線收發(fā)器；需要注意的是從節(jié)點(diǎn)中必須連接一個(gè)30 kΩ的上拉電阻，當(dāng)然串聯(lián)二極管也是必須的，它可以防止電子控制單元在本地電池掉電的情況下通過LIN總線上電。從節(jié)點(diǎn)電路原理圖與主節(jié)點(diǎn)相似，去掉CAN收發(fā)器，其余不再贅述。