基于AT89C51CC01單片機的CAN―LIN網關設計

引言

現場總線技術已經廣泛的應用于工業控制中，尤其是CAN(Controler　Area　Nerwork)總線由于具有可靠性高、成本低、容易實現等優點，在現場總線的實際工程應用中占有了較大的份額。伴隨著總線技術的發展，LIN(Local　Interconnect　Network)總線作為一種低成本的串行通信網絡，其目標是為現有的現場總線控制網絡提供輔助功能，特別是汽車控制網絡中的總線應用，因此必然存在一個LIN總線和其它總線的通信接口實現，本文以CAN總線為例，提出了一種基于AT89C51CC03單片機的CAN-LIN網關設計方案。

LIN是一種低成本的串行通訊網絡用于實現汽車中的分布式電子系統控制，LIN的目標是為現有汽車網絡(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絡，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總線可大大節省成本。LIN通訊是基于SCI(UART)數據格式，采用單主控制器/多從設備的模式，僅使用一根12V信號總線和一個無固定時間基準的節點同步時鐘線。

網關硬件設計

整個網關模塊包括LIN接口、CAN接口、CAN波特率設置、LIN波特率設置、電源模塊、狀態燈六個子模塊(圖1)。

圖1 系統結構框圖

AT89C51CC03是Atmel公司的一款內嵌CAN控制器的8位單片機。本設計中以AT89C51CC03單片機為基礎，選擇TJA1020作為LIN總線收發器，采用單片機的UART接口，在CAN模塊設計部分選擇PCA82C250作為CAN總線收發器，具體的電路連接如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 單片機電路

圖3 CAN接口電路

圖4 LIN接口電路

在電路中我們設計了一個5位的撥碼開關，由于在各個不同的工作系統中，LIN總線和CAN總線的傳輸是不一樣的，這就需要改換軟件，因此在此設計中用一個5位的撥碼開關用于波特率設置，三位用于LIN波特率設置，兩位用于CAN波特率設置。同時為了展示網關的工作狀態，特意設計了工作指示燈，在接收和發送信號時分別以一定的頻率閃爍，當有故障出現時，兩個燈同時點亮。

為增強CAN節點的抗干擾能力，單片機的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)。這樣很好的實現了總線上各個節點間的電氣隔離，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。

網關軟件設計

網關的軟件設計主要包括主控程序模塊和CAN模塊軟件設計以及LIN模塊軟件設計，CAN模塊軟件設計主要有三個子函數，一個是CAN初始化CAN_INIT(),另外兩個是CAN_RE_ISR()和CAN_SEND()。CAN_INIT()主要是設置CAN通信的波特率和CAN基本設置，波特率可以根據撥碼開關的值來設定，在系統上電之后通過自檢程序自動掃描，查預先設定好的波特率表格，設定CAN通信波特率。
CAN_RE_ISR()負責信息的接收和處理，CAN_SEND()負責信息發送。

LIN模塊軟件設計主要包括幾個文件：LIN.H、LIN.C、TEMR0.H　TEMRO.C,其中LIN.H、LIN.C分別實現LIN規范的設定以及UART波特率的設定和LIN信息的接收與發送，TEMR0.H　TEMRO.C用于產生LIN總線波特率。主控程序設計主要完成整個網關的信息轉發功能，當CAN接收中斷發生時，置LIN發送標志位，準備轉發CAN信息到LIN網絡；同樣，當LIN接收中斷生時，置CAN發送標志位，準備發送LIN信息到CAN網絡。

整個軟件以C51編寫，并利用KEIL公司的仿真軟件進行軟件調試，最后將完整程序燒寫到AT89C51CC01的flash空間。

結語

本文提出了基于AT89C51CC01單片機的CAN-LIN網關設計，解決了現場總線控制中的CAN總線控制網絡和LIN總線控制網絡之間的信息傳輸問題，為現場總線的靈活應用提供了基礎。本設計經過現場實驗，實驗結果表明網關運行良好，工作可靠穩定，并已應用到實際工作中。

參考文獻：
1.　　TJA1020　LIN　收發器手冊，廣東周立功發展有限公司
2.　　LIN　Protocol　Implementation　on　the　AT89C51CC03，Atmel公司，4189B-AUTO-04/05