基于AT89C51CC01单片机的CAN—LIN网关设计

    引言

        现场总线技术已经广泛应用于工业控制中，尤其是CAN(Controler　Area　Nerwork)总线由于具有可靠性高、成本低、容易实现等优点，在现场总线实际工程应用中占有了较大份额。伴随着总线技术发展，LIN(Local　Interconnect　Network)总线作为一种低成本串行通信网络，其目标是为现有现场总线控制网络提供辅助功能，特别是汽车控制网络中总线应用，因此必然存在一个LIN总线和其它总线通信接口实现，本文以CAN总线为例，提出了一种基于AT89C51CC03单片机CAN-LIN网关设计方案。
  
      LIN是一种低成本串行通讯网络用于实现汽车中分布式电子系统控制，LIN目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助总线网络，在不需要CAN总线带宽和多功能场合比如智能传感器和制动装置之间通讯，使用LIN总线可大大节省成本。LIN通讯是基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备模式，仅使用一根12V信号总线和一个无固定时间基准节点同步时钟线。
  
      网关硬件设计
  
      整个网关模块包括LIN接口、CAN接口、CAN波特率设置、LIN波特率设置、电源模块、状态灯六个子模块(图1)。
   
                            图1 系统结构框图
  
      AT89C51CC03是Atmel公司一款内嵌CAN控制器8位单片机。本设计中以AT89C51CC03单片机为基础，选择TJA1020作为LIN总线收发器，采用单片机UART接口，在CAN模块设计部分选择PCA82C250作为CAN总线收发器，具体电路连接如图2、图3、图4所示。
   
                            图2 单片机电路
   
                            图3 CAN接口电路
   
                            图4 LIN接口电路
  
      在电路中我们设计了一个5位拨码开关，由于在各个不同工作系统中，LIN总线和CAN总线传输是不一样，这就需要改换软件，因此在此设计中用一个5位拨码开关用于波特率设置，三位用于LIN波特率设置，两位用于CAN波特率设置。同时为了展示网关工作状态，特意设计了工作指示灯，在接收和发送信号时分别以一定频率闪烁，当有故障出现时，两个灯同时点亮。
  
      为增强CAN节点抗干扰能力，单片机TXDC和RXDC引脚并不是直接与PCA82C250ATXD和RXD引脚相连，而是通过高速光耦6N137相连(图3)。这样很好实现了总线上各个节点间电气隔离，光耦部分电路所采用两个电源VCC和VDD必须是完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。
  
      网关软件设计
  
      网关软件设计主要包括主控程序模块和CAN模块软件设计以及LIN模块软件设计，CAN模块软件设计主要有三个子函数，一个是CAN初始化CAN_INIT(),另外两个是CAN_RE_ISR()和CAN_SEND()。CAN_INIT()主要是设置CAN通信波特率和CAN基本设置，波特率可以根据拨码开关值来设定，在系统上电之后通过自检程序自动扫描，查预先设定好波特率表格，设定CAN通信波特率。
  CAN_RE_ISR()负责信息接收和处理，CAN_SEND()负责信息发送。
  
      LIN模块软件设计主要包括几个文件：LIN.H、LIN.C、TEMR0.H　TEMRO.C,其中LIN.H、LIN.C分别实现LIN规范设定以及UART波特率设定和LIN信息接收与发送，TEMR0.H　TEMRO.C用于产生LIN总线波特率。主控程序设计主要完成整个网关信息转发功能，当CAN接收中断发生时，置LIN发送标志位，准备转发CAN信息到LIN网络；同样，当LIN接收中断生时，置CAN发送标志位，准备发送LIN信息到CAN网络。
  
      整个软件以C51编写，并利用KEIL公司仿真软件进行软件调试，最后将完整程序烧写到AT89C51CC01flash空间。
  
      结语
  
      本文提出了基于AT89C51CC01单片机CAN-LIN网关设计，解决了现场总线控制中CAN总线控制网络和LIN总线控制网络之间信息传输问题，为现场总线灵活应用提供了基础。本设计经过现场实验，实验结果表明网关运行良好，工作可靠稳定，并已应用到实际工作中。