CAN總線與RS485總線協議轉換器的設計

CAN是控制器局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）的簡稱，是由以研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發的，并最終成為國際標準（ISO11898），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協議已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線，并且擁有以CAN為底層協議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。

rs-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mv的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。有些rs-485收發器修改輸入阻抗以便允許將多達8倍以上的節點數連接到相同總線。rs-485最常見的應用是在工業環境下可編程邏輯控制器內部之間的通信。

本文為大家介紹CAN總線與RS485總線協議轉換器的設計。

功能介紹

本協議轉換器完成RS485與CAN協議的相互轉換，完成數據的雙向傳輸，并能通過RS232接口連接到上位機，通過上位機的人機交互軟件可以實現對RS485網絡節點參數及CAN總線驗收濾波器等參數的動態配置，以達到可隨時增減網絡節點以及實時、方便地轉換不同類型數據的目的。

硬件設計

本協議轉換器的硬件電路由核心控制模塊、CAN總線接口模塊、RS485接口模塊、RS232接口模塊以及電源模塊組成。其硬件結構框如圖1所示。

圖1系統硬件框圖

本協議轉換器要實現的功能并不復雜，考慮到51單片機技術成熟，應用廣泛，并且價格低廉，因此在核心模塊部分控制處理器選擇51內核帶ISP下載功能的單片機AT89S51。

主控制器AT89S51是整個系統的控制部分，控制RS485端與CAN總線端的數據通訊，以及通過RS232口對協議轉換器參數的配置。核心控制模塊部分的電路采用典型的51單片機電路，限于篇幅不再贅述。

CAN總線接口

本設計中CAN總線控制器采用Philips半導體公司生產的獨立CAN控制器SJA1000，82C250作為CAN總線的收發器。

控制器SJA1000作為CAN接口電路中的控制部分與主控制器相連接，引腳AD0~AD7是和89S51的輸出輸入引腳P0.0~P0.7相接;SJA1000的片選信號腳對/CS由微處理器的P2.7口控制，P2.7為0的CPU片外存儲器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJA1000執行相應的讀寫操作。而對于控制器的收發引腳TX0，TX1與RX0，RX1在本系統中

TX0、RX0可和收發器82C250的TXD、RXD接通。SJA1000中的中斷輸出信號/INT連接到AT89S51的/INT0端通過中斷方式與單片機通信。通過SJA1000的MODE引腳可選擇接口模式Intel模式MODE高;Motorola模式MODE低。本設計中，使用Intel模式。對SJA1000的VDD1~VDD3電源輸入腳，外接上驅動+5V電壓;而VSS1~VSS3輸出接地。設計中對SJA1000提供16MHz晶振，AT89S51提供11.0592MHz晶振，它們都有各自獨立的晶振電路。

82C250的CAN收發器的TXD和RXD并不是直接與CAN控制器SJA1000的TX和RX相連，而是通過高速光耦6N137后與P82C250相連，這樣可以很好地實現了總線的電氣隔離。單片機與CAN接口模塊部分連接電路圖如圖2所示。

圖2CAN總線接口電路圖

RS232和RS485接口

由于協議轉換器同時需要RS485接口和RS232接口，而AT89S51只有一個串行UART，為解決這個問題，在本設計中通過軟件控制其中一個接口實現通信，也就是模擬串口程序，而RS485接口是用來實現與CAN總線之間的數據通信，對于串口收發數據的穩定性要求較高，所以將與上位機相連的RS232接口做成模擬串口，來實現通信。利用單片機的P15和P16兩個引腳實現通信。

因為RS485是差分方式收發數據，所以需要更高的抗干擾能力。RS485接口的電平轉換芯片MAX485E的RO、DI引腳通過光電隔離6N137連接到微處理器的UART串口的RXD、TXD引腳，接收發送控制信號由微處理器的P25引腳連接DE/RE引腳來完成。

圖3RS232、RS485接口電路圖

系統供電電路

為了能更好地為CAN總線提供驅動能力和抗干擾能力，本設計中電源部分采用由24V電壓輸入，經開關電源LM2576轉成5V的電壓供電，電源電路如圖4所示。

圖4電源電路圖

軟件設計

協議轉換器的主要任務是實現RS485總線和CAN總線之間的通信，完成兩種總線的協議轉換。本設計中采用C語言完成89S51的控制程序，程序由三部分組成：主程序、初始化程序和中斷服務程序。

主程序

兩種總線之間的數據轉換軟件設計的主要任務。本設計中CAN總線和RS485兩方的數據接收采用中斷方式，在中斷程序中設置相應的接收中斷標志，然后在主程序中用查詢的方式根據不同的標志來進入到相應的中斷程序，CAN控制器接收到數據后輸出中斷信號到主控制器，引起中斷，RS485總線過來的數據則是直接利用主控制器的串口中斷。

初始化程序

初始化程序包括對主控制器AT89S51的初始化

和CAN總線控制器SJA1000的初始化。AT89S51的初始化主要是對總線片選、串口工作方式，串口波特率、中斷等寄存器進行賦初值。SJA1000的初始化主要是對模式寄存器、時鐘分頻寄存器、驗收濾波寄存器和驗收屏蔽寄存器、總線定時寄存器以及輸出控制器進行設置。在設置寄存器前，要檢查SJA1000是否已達到復位模式，因為要得到配置信息的寄存器僅在復位模式可寫。

中斷服務程序

CAN報文的接收有查詢控制接收和中斷控制接收兩種?？紤]到更好的處理實時數據、實時響應控制命令，CAN報文采用中斷控制的接收方法。主流程在中斷控制的報文接收之前必須使能SJA1000的接收中斷和全局中斷，接收中斷使能表示（RIE）位于中斷使能控制器（IER）中。首先讀取SJA1000的中斷寄存器，然后判斷是接收中斷、發送中斷、總線錯誤中斷還是數據超載中斷。判斷出是哪種中斷后進入該中斷服務程序進行處理。

人機接口程序

協議轉換器通過RS232接口連接到上位機，利用人機接口程序實現動態修改報文濾波、動態配置網絡節點參數以及故障監聽的功能。

SJA1000的驗收代碼寄存器和驗收屏蔽寄存器的值的設置可以確定CAN總線上接收哪種類型的數據，動態地修改它們的值可以改變接收的數據類型，可以擴大協議轉換器的應用環境。動態配置網絡節點參數

主要是對RS485通信波特率、RS485端口的數據格式以及網絡節點地址等參數進行修改。故障監聽程序是利用AT89S51的P10、P11、P12三個引腳連接LED對數據通信狀態的監聽。