rs485-can转换器的设计

1、RS485-CAN 转换器的设计The design of RS485-CAN converter（长沙理工大学）蒋加伏, 刘清华 JIANG JIAFU LIU QINGHUA 摘要：文章首先介绍了 RS48总线和CA总线的特点，然后结合RS48总线的缺点与CA总线 的优点，给出了 RS485-CA转换器的设计方法，最后描述了具体的硬软件设计。关键词：RS485;CAN转换器；中图分类号： TP27文献标识码： BAbstract: The article first introduced the CAN bus and RS485 bus characteristics,then gave

2、 the design method of RS485-CAN converter combining with the shortcomings of RS485 bus and the advantages of CAN bus, and finally describled the specific hardware and software design Key word ：RS485;CAN;converter;1 RS485及CAN总线简介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。基于在RS485 总线上只能有一个主机的特点， 它往往应用在集中控制枢

3、纽和分散控制单元之间。 同 时 RS485 的总线效率低，系统的实时性差，通信的可靠性低，后期维护成本高，网络工程 调试复杂，传输距离不理想，单总线可挂接的节点少等缺点也局限了其应用。CAN（Controller Area Network, 控制器局域网 ）现场总线是一种由带CAN 控制器组成的高性能串行数据局域通信网络， 是国际上应用最广泛的现场总线之一。 它的总线长度最远可达 10千米（速率5Kbps以下），数据传输速率最高可达1Mbps （通讯距离40米以内）。它在多主方式下工作，不分主从。采用非破坏总线仲裁技术， 即使网络负载很重也不会出现网络瘫痪 现象。此外， CAN 的每帧信息都有

4、 CRC 校验和其它检错措施，有很好的检错效果。由于 CAN 总线具备以上优点，它目前已经被广泛应用到汽车电子、电力系统、航空工业和自动 工作等领域中，并形成了国际标准，被公认为几种最有前途的现场总线之一1。一时间完全放弃RS485网络系统是有困难的，尤其是在已经具有现成的硬件网络中。因 此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，从而实现RS485网络与CAN网络的互联。2 系统硬件设计RS485-CAN转换器硬件设计框图如图1所示，整个硬件系统分为 5个模块：微控制器模块，基本模块，CAN接口模块，RS485模块和储存模块。其中CAN接口模块

5、的CAN控制器的 选用要依据微控制器模块，如果选择的微控制器中集成了CAN控制器，则无需外接 CAN控制器，否则需要外接CAN控制器。2.1微控制器模块，基本模块以及储存模块 这三个模块的设计属于常规设计， 因此省去具体的电路图。 需要说明的是微控制器可以 选择内部集成了 CAN 控制器的单片机，但是本设计基于系统成本，性价比以及微控制器的 应用普遍性的考虑，使用的是 ATMEL 的 AT89C52 单片机；基本模块主要是完成微控制器 的外围电路设计，主要包括电源和晶振以及复位电路等； 储存模块主要是用来储存系统的配 置信息，如CAN波特率，RS485波特率等，要求的储存空间较小，1K的片外E

6、EPROM足KS485接口模块厂一 CAN接口模块一1 CAN HSPI；EEPR8I亭话垂够使用，当然也可以选择自带EEPROM的微处理器。一基本模块.电源晶抿复位1:11SN>N衣戈磊犠拎制器 模块艱4Sft发垂!存储模块-图1 :系统硬件设计框图2.2 CAN接口模块CAN接口模块包括总线控制器和收发器两部分。CAN总线控制器选择的是 SJA1000，它是Philips公司推出的一款完全符合CAN总线协议规定的 CAN控制器，可完成报文控制，数据滤波等CAN控制器功能，SJA1000不仅兼容PCA82C200支持的BasicCAN(CANBUS 2.0A)模式，还支持功能更强的Pe

7、liCAN(CANBUS 2.0B)模式2;收发器选择的是 TJA1050，它是CAN协议控制器和物理总线的接口，是一种标准的高速CAN收发器。L'Jta KIALM0-也 t 引 .k£jjADO.SI伸伽ADaTXIiAIWRXt_EIH7r ( jAlXAiVSSV5SJ KTVMJ丫_D广 YJlMMP/-r«L /.THT#*)厂詐i .! !(!? npr- nW*：IM-T5C&we < AK1IKKDC AMUWDsiTll图2: CAN模块电路图如图2所示SJA1OOO的AD0-AD7与单片机的数据总线相连，P2.0引脚作为SJA1O

8、OO的片选使能端，由ALE，WR，RD控制SJA1000的数据的发送和接收。11脚MODE接高电平，选用 51系列的8位微控制器的In tel二分频模式。16脚是中断信号，接单片机的外部中断引脚。TX1脚悬空，RX1脚的电位必须维持在0.5VCC以上，否则将不能形成CAN总线所要求的电平逻辑。高速光耦6N137提高了总线节点的抗干扰能力，TVS能避免数据受到不必要的外界影响并能保护元器件；另外在总线两端的设备加120欧姆的匹配电阻会使数据通信的抗干扰性以及可靠性大大加强，CANH和CANL与地之间并联两个30PF的小电容，可以滤除总线上的高频干扰并且具有一定的防电磁辐射的能力。这些额外的保护电

9、路同样适合RS485模块的设计。2.3 RS485接口模块RS485接口模块采用 MAX485芯片作为总线收发器，它是 +5V低功耗半双工器件。 MAX485的驱动器输出是差分输出，完全满足 RS485串行协议的要求，兼容工业标准规范， 符合RS485串行协议的电气规范。电路连接如图 3。3系统软件设计本系统的软件设计除了实现单个模块的驱动程序以外，最主要的就是实现两种网络间不同协议的转换。CAN协议参考模型中定义了物理层和数据链路层，RS485协议参考模型中只定义了物理层。因此建立图 4所示的协议模型。CAN的帧格式中，有一个标识符域，CAN控制器的全局滤波器会检测这个标识域，决定是否接收本

10、帧数据。由于 RS485网络上，所有节点都会同时收到数据，因此可以为所有的 RS485从设备设定同一个标识符。一个CAN节点若要发送数据给 RS485设备，只需在该帧把标识符域设定为相应的标识符即可；RS485本质上仅仅是一个物理层标准，其帧格式完全由用户自己定义。最终在 RS485总线中传输还是以帧为单位，其中包含了地址信息。RS485设备会自动根据接收到的帧，自动判断该帧是否发往本节点，然后做出相应处理。因此，在 RS485设备要发送数据时，RS485-CAN总线转换器只需把RS485总线的数据进行帧打包后送 入CAN的数据帧中，然后发送到 CAN网络上；而RS485设备在接收数据时，RS

11、485-CAN总线转换器则把RS485总线的数据帧从接收到的 CAN数据帧中提取出来，发往RS485设备即可。RS435-C.V；协议桓型1F1r物理屋 4Vt-彳CAN数据RS4拓数裾图4: RS485-CAN协议模型3.1CAN接口软件设计CAN总线数据链路层结构可分为逻辑链路控制LLC子层主要完成帧接收滤波，超载通告和恢复管理，而(LLC)子层和媒体访问控制(MAC)子层。 MAC子层结构功能模块包括发送SJA1000芯片中，应用和接收两个部分。对于CAN总线数据链路层的各种协议已经被集成到时只要对SJA1000芯片的控制寄存器进行相应的初始化即可进行通信，而数据的接收和发送 等也是通过

12、读写SJA1000内部寄存器来实现的。这里只给出程序可参考文献2进行编写。SJA1000开始工作之前，首先要判断SJA1000的初始化源程序，其它SJA1000与微处理器的连接是否正确，在确认正确后开始SJA1000的初始化，之后SJA1000进入工作模式，然后才可以进行数据的读写。typedef struct _CAN_PORTSTRUCTFIL filter;/*LIS lise n;TES test;SLE sleep;BAUD baud_rate;/*MODEL workmodel ;UCHARmask1;UCHARmask2;UCHARmask3;UCHARmask4;UCHARco

13、de1;UCHARcode2;UCHARcode3;UCHARcode4;CAN_PORT,*CANPORTPTR;STATUS sja1OOOI nit(CANPORTPTR pDev) /*SJA1000初始化配置文件结构体*/滤波方式*/*只听模式/正常模式*/*自测试模式/正常模式*/*睡眠模式设置*/波特率*/*工作模式*/*SJA1000 初始化 */UCHAR value;canBoardInit() ；/* 进入复位模式 */canBoard_canOutByte(SJA1OOO_MOD,MOD_RM); /* 确定 CAN 控制器工作模式 */ value = ca nBoa

14、rd_ca nln Byte(SJA1000_CDR);elseif(pDev->workmodel = Peli) value|= PeliCANvalue &= PeliCAN;/*设置模式寄存器（只在PeliCAN模式可访问）*/canBoard_canOutByte(SJA1000_CDR,value|0x48);value = canBoard_canInByte(SJA1000_MOD);if(pDev->sleepelseif(pDev->lisen = SNORM) value &=(MOD_SM); /*睡眠模式 */value|= MOD_

15、SM;/*正常模式 */= LNORM) value&= (MOD_LOM); /* 正常模式 */elsevalue|= MOD_LOM;/*只听模式 */if(pDev->test = TNORM) value&= (MOD_STM); /* 正常模式 */ elsevalue|= MOD_STM;/*自检测模式 */if(pDev->filter = SINGLE) value|= MOD_AFM;/*单向验收滤波 */elsevalue &=(MOD_AFM);/*双向验收滤波 */canBoard_canOutByte(SJA1000_MOD,va

16、lue);switch (pDev->baud_rate)case B20:/波特率为 20kpbscanBoard_canOutByte(SJA1000_BTR0,0x07);canBoard_canOutByte(SJA1000_BTR1,0x7F);break;case B80:/波特率为 80kpbscanBoard_canOutByte(SJA1000_BTR0,0x01);canBoard_canOutByte(SJA1000_BTR1,0x7F);break;case B250:/波特率为 250kpbscanBoard_canOutByte(SJA1000_BTR0,0x

17、00); canBoard_canOutByte(SJA1000_BTR1,0x1C);break;case B500:/波特率为 500kpbscanBoard_canOutByte(SJA1000_BTR0,0x00);canBoard_canOutByte(SJA1000_BTR1,0x14);break;default:/默认波特率为 20kpbscanBoard_canOutByte(SJA1000_BTR0,0x07); canBoard_canOutByte(SJA1000_BTR1,0x7F);canBoard_canOutByte(SJA1000_CMR,0);/*设置命令寄

18、存器 */输出控制寄存器设置 */设置发送错误计数器 */ 设置接受错误计数器 */ 设置接收报文计数器 */canBoard_canOutByte(SJA1000_EWLR,0x60); /* 设置错误报警限额寄存器 */ canBoard_canOutByte(SJA1000_IER,0); /* 不使能所有中断 */canBoard_canOutByte(SJA1000_OCR,0xaa); /* canBoard_canOutByte(SJA1000_TXERR,0x0); /* canBoard_canOutByte(SJA1000_RXERR,0x0); /* canBoard_c

19、anOutByte(SJA1000_RMC,0); /* canBoard_canOutByte(SJA1000_ACR0,pDev->code1);canBoard_canOutByte(SJA1000_ACR1,pDev->code2); /* 设置验收代码寄存器 */ canBoard_canOutByte(SJA1000_ACR2,pDev->code3);canBoard_canOutByte(SJA1000_ACR3,pDev->code4); canBoard_canOutByte(SJA1000_AMR0,pDev->mask4);canBoard

20、_canOutByte(SJA1000_AMR1,pDev->mask4); /* 设置验收屏蔽寄存器 */ canBoard_canOutByte(SJA1000_AMR2,pDev->mask4);canBoard_canOutByte(SJA1000_AMR3,pDev->mask4);return OK;3.2 RS485接口软件设计RS485接口软件设计主要包括串口的初始化，串口中断处理等函数的编写，因为RS485接口的软件设计比较简单，所以这部分可参考文献4设计，这里省略。结束语CAN总线是当前应用最为广泛的现场总线之一，而RS485总线是最常用的串行总线，二者之间的转换具有很高的使用价值。设计应注意以下几点： (1)RS485-CAN 转换器的主要任 务是将数据以最快的速度转发， 流量和差错控制应由通信双方的应用层来完成， 因此设计不 能过于复杂。 (2)处理速度是设计时首先考虑的一点，这将影响芯片的选型。 (3)RS485-CAN 的通用性取决于软件方面的设计和协议的使用，硬件上都是兼容的。本文作者创新点：1.在保留了 RS485系统硬件结