基于PIC18單片機的CAN RS485轉換器的設計

RS-485總線以雙絞線為物理介質，工作在半雙工的通信狀態下，即同一時刻總線上只能有一個節點成為主節點而處于發送狀態，其它所有節點必須處于接收狀態。如果同一時刻有兩個以上的節點處于發送狀態，將導致所有發送方的數據發送失敗，即總線沖突。

為了避免這種總線沖突問題，RS-485總線必須具備：

①以工作模式來說，一般的RS-485總線工作在主從模式下；

②從通信節點來講，RS-485總線上的節點必須具備可以將自己的驅動器切換到高阻態的功能。

以上是為適應RS-485總線的特殊之處而采用的措施，這樣同時也帶來了一些不足。首先，這種總線工作方式在很多對實時性、可靠性要求高的工業控制場合有較大的局限性；其次，對驅動器實行的“發送態—高阻態”切換以及切換延遲等功能要求會使編程變得復雜。同時在上電瞬間、CPU損壞或者程序跑飛的情況下，還需要考慮復雜的故障保護等問題，否則將容易引起總線故障。

控制器局域網CAN-bus (Controller Area Network)是國際上應用最廣泛的現場總線之一。最初CAN-bus被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，意在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，從而形成汽車電子控制網絡。如今，作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應用到各個自動化控制系統中。而且它在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離等方面較RS-485總線有著明顯的優勢，因而用CAN總線取代RS-485總線將是大勢所趨。

基于RS-485網絡在現場的廣泛應用，目前完全放棄RS-485網絡系統是不現實的。但可以考慮一種折衷的辦法．就是在系統保留現有RS-485系統硬件結構的基礎上添加一個CAN-bus接口，本設計的CAN485智能轉換器就具有這樣的現實意義。它可以實現RS-485網絡與CAN網絡的互聯，其系統原理框圖如圖1所示。



1? CAN-485轉換器原理

圖2所示是一種CAN-485智能轉換器的原理框圖，本設計采用PIC18F258單片機為核心，該單片機自帶CAN收發接口，因此可簡化硬件設計，提高運行效率。PIC18F258的主要特征如下：

◇通過ISO CAN標準測試；

◇執行CAN協議：CAN1.2 CAN2.0ACAN2.0B；

◇標準和擴展數據模式；

◇0-8位數據長度；

◇可編程速率高達1 Mbps；

◇2個數據接收緩沖器；

◇6個完全接收濾波器，2個對應高優先權緩沖器，4個對應低優先權緩沖器；

◇2個完全接收掩碼器；

◇3個具有優先權的發送緩沖器。



由于單片機的輸出電流比較弱，難以驅動光電隔離器，為保險起見，信號輸入光耦前要經過74HC573鎖存；同樣為了增加信號驅動能力，經過隔離的信號要再次經過74HC573鎖存。

2 軟件設計

系統的軟件設計主要包括初始化程序、CAN接收中斷服務程序、USART接收中斷服務程序、主程序及應用層通信協議轉換程序等。

初始化程序用于設置CAN模塊的通信波特率、工作方式、發送的優先級、接收郵箱和發送郵箱及對應的接收過濾器和接收屏蔽器等。其初始化程序流程圖如圖3所示。



CAN接收中斷服務程序主要用來接收CAN總線傳輸過來的數據幀，并對其進行幀校驗，如果出錯則要求重發，若數據幀正確接收，則將完整的數據幀存人到提前開辟的環形緩沖器中，為后面的數據處理和協議轉換做好準備。其CAN接收中斷服務程序流程圖如圖4所示。



USART接收中斷服務程序主要用于接收來自RS-485總線的串行數據，并將完整的數據幀傳送到另外一個環形緩沖器。其流程圖和設計思想與CAN接收中斷程序類似，不再例舉。

協議轉換程序需要參照現場RS-485系統原有的協議，然后由用戶通過配套軟件對通信幀的格式進行相應的設置。進行配置時，PC機必須通過RS-485接口來訪問RS-485／CAN智能轉換器，通常PC機的RS-232接口使用RS-232／RS-485轉換器。成功設置后，就可以實現RS-485與CAN通信幀格式的相互轉換。

本系統的主程序部分的設計比較簡單，主要為調用初始化程序，掃描發送緩沖器是否為空，不空則在空閑時根據其優先級將CAN通信幀或RS-485串行通信幀發送出去，并不斷掃描，等待中斷的產生。

3?結束語

利用CAN485智能轉換器可實現RS-485網絡與CAN網絡的互連，且智能轉換器的通信波特率可調，工作模式也可控制，對于不同協議的RS-485網絡，只需通過軟件對轉換器進行相應的初始化設置，而不必對硬件進行改動，因此可以滿足絕大多數場合的使用要求。但是該方案不能充分體現CAN系統的優越性，僅適合新系統與舊系統并存、整體性能要求不太高的場所。因此，用CAN總線取代RS-485總線將是大勢所趨。