基于AT89C52单片机的RS485-CAN智能转换器设计*

摘  要： 基于CAN总线和RS485总线的广泛应用和各自的优缺点，设计了基于AT89C52单片机的RS485-CAN智能转换器。在保留现有RS485系统硬件的基础上添加了一个CAN总线接口，实现了CAN总线与RS485之间的数据传输，具有一定的使用价值。
关键词： RS485总线；CAN总线；AT89C52单片机；串口通信
   　现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制器之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。RS485是一种平衡传输方式的串行接口标准，采用半双工异步数据通信方式。RS485的共线电路结构是在一对平衡传输线的两端都配置终端电阻，其收发器和接收器可以挂在平衡传输线的任何位置，实现在数据传输中多个驱动器和接收器共用一个传输线的多点应用。目前，在我国应用的现场总线中，RS485通信总线也是被广泛使用的数据通信总线。随着科技的发展，RS485总线的效率低、系统的实时性差、通信的可靠性低、后期不灵活等缺点逐渐暴露出来。但完全放弃RS485网络系统是不可能的，尤其是在已经具有现场的硬件网络中。而CAN现场总线作为一种由带CAN控制器组成的高性能串行数据通信网络，是国际上应用最广泛的现场总线之一，是一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通信控制方式。因此，可以考虑一种折中的方法，就是在保留现有RS485系统硬件结构的基础上，添加一个CAN总线接口，以实现CAN总线接口和RS485接口之间的相互转换。
1 系统整体设计方案
　RS485-CAN智能转换器实现了RS485总线网络与CAN总线的网络互连，这种连接方法一般作为过渡性的方案，适合那些新旧系统并存，性能要求不高，新系统与旧系统有相同运行机制的地方。该设计有1个RS485通道和1个CAN通道，可以很方便地嵌入使用RS485接口通信的网络接口、工业现场控制单元、智能网络接口中。原有系统中的RS485网络与CAN网络是相互独立的，现在可以在不改变原有硬件结构的前提下，使用RS485总线设备通过RS485-CAN智能嵌入式网关，经由CAN总线网络与上位机进行通信。
2 硬件设计
　RS485-CAN智能转换器由微控制器模块、基本模块、CAN接口模块、RS485接口模块和储存模块组成。如果选择的微处理器中集成了CAN控制器，则无需外接CAN控制器；否则需要外接CAN控制器。硬件设计框图如图1所示。
   
   2.1 微控制器模块
　本系统采用性价比较高的ATMEL单片机AT89C52，AT89C52是一个低电压、高性能CMOS 8 bit单片机，片内含8 KB的可反复擦写的只读程序存储器Flash和256 B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，内置通用8 bit中央处理器和Flash存储单元。AT89C52单片机电路如图2所示。
   
   　D100为电源指示灯；P0口连接CAN控制器SJA1000的总线；P2.0控制SJA1000片选信号，SJA1000向微控制器发送数据通过INT0外部中断的方式通知，微控制器的RD、WD分别与SJA1000的读写信号相连；TXD、RXD与RS485收发器相连；P1.0~P1.3与储存器AT93C46相连；P2.6经上拉电阻与J100跳线相连。当不接跳线时，P2.6为高电平，表示进行正常的RS485总线数据传输；当连接跳线时，P2.6为低电平，表示串口作为配置参数使用。
2.2 CAN接口模块
2.2．1 CAN总线接口的结构
　一个CAN总线接口由微控制器、CAN控制器和CAN收发器三部分组成，它们分别对应于CAN总线的物理层、数据链路参和应用层。微控制器主要负责上层应用及系统控制，包括CAN协议的应用层协议的实现，协调系统各设备的工作。中间层为CAN控制器，主要负责处理数据帧，完成数据的打包、解包和错误界定，并提供报文缓冲和传输滤波。底层是CAN收发器，主要是接口电平的转换及接口电气特征的处理。
2.2.2 CAN总线控制器和收发器
　CAN控制器选用飞利浦公司生产的SJA1000 CAN总线控制模块。SJA1000是一种独立控制器，用于工业环境中的CAN总线。SJA1000的基本特征有：管脚及电气特性与独立CAN总线控制器PCA82C200兼容；软件与PCA82C200兼容（缺省为基本CAN模式）；扩展接收缓冲器（64 B FIFO）；支持CAN2.0B协议，同时支持11 bit和29 bit标识符；通信速率为1 Mb/s；增强CAN模式（PeliCAN），支持具有很多特性的CAN2.0协议；采用24 MHz时钟频率；支持多种微处理器接口。
　本设计选择TJA1050作为CAN总线收发器。TJA1050是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，是一种标准的高速CAN收发器，可以为总线提供不同的发送性能，也为CAN控制器提供不同的接收性能。TJA1050的主要特征有[3]：完全符合ISO 11898标准；速率最高达1 Mb/s；电磁辐射（EME）极低；电磁抗干扰EMI性极高；不上电的节点不会对总线造成扰动；TXD引脚有防止箝位在显性总线电平的超时功能；静音模式中提供了只听模式和Babbling Idiot保护；保护总线引脚防止汽车环境中的瞬态干扰；输入级和3.3 V以及5 V的器件兼容；输出驱动器受到温度保护。
　CAN总线收发器TJA1050与CAN总线控制器SJA1000连接的电路图如图3所示。