基于C8051F040的以太網(wǎng)-CAN轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)[圖]

摘要：以太網(wǎng)和CAN總線應(yīng)用廣泛，但由于其通信協(xié)議不同，兩種總線器件間無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此，設(shè)計(jì)了基于CP2200與C8051F040的以太網(wǎng)總線與CAN總線接口轉(zhuǎn)換電路，并給出部分相關(guān)硬件電路與軟件設(shè)計(jì)分析。在保證數(shù)據(jù)完整和協(xié)議可靠的前提下，通過(guò)握手協(xié)議和簡(jiǎn)化的以太網(wǎng)協(xié)議，不僅實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與CAN數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)還順利的解決了以太網(wǎng)的高速性與CAN的低速率沖突，以及兩者數(shù)據(jù)包之間的大小不同的矛盾。

控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，CAN)總線是Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車(chē)控制設(shè)備與測(cè)試儀器之間數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，主要用于各種設(shè)備的檢測(cè)及控制。目前，CAN總線被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)等交通運(yùn)輸工具、工業(yè)控制、智能樓宇、機(jī)械工業(yè)、醫(yī)療器械、傳感器等領(lǐng)域，被稱(chēng)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，但其主要缺點(diǎn)是不適合遠(yuǎn)距離傳輸。以太網(wǎng)接口開(kāi)始是為了連接實(shí)驗(yàn)室的多個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備，開(kāi)發(fā)的快速連接方式。隨著傳輸速率的提高和交換技術(shù)的使用，以太網(wǎng)的確定性和實(shí)時(shí)性得到了保證，工業(yè)以太網(wǎng)的安全性和網(wǎng)絡(luò)生存性也得到了很大程度的提高。使其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用與各個(gè)操控領(lǐng)域，而計(jì)算機(jī)常用的連接端口就是以太網(wǎng)，只要接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，并安裝好必要的軟件，計(jì)算機(jī)就可以介入到各個(gè)控制系統(tǒng)中去。因此，為了提高效率，有必要采用技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)通過(guò)以太網(wǎng)接口使計(jì)算機(jī)融入CAN網(wǎng)絡(luò)，把以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸性與CAN的專(zhuān)業(yè)性結(jié)合起來(lái)，優(yōu)勢(shì)組合。

1 芯片選擇

1．1 CP2200芯片介紹

CP2200芯片是Sificon Labs公司推出的工業(yè)界體積最小、性能最高、8位總線控制的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)芯片，支持IEEE802·3以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)MAC控制協(xié)議，支持10BASE/T物理層，完全兼容100/1 000 BASE T網(wǎng)絡(luò)，可以工作在全雙工或半雙工模式，能進(jìn)行自動(dòng)極性檢測(cè)和糾正，具有碰撞自動(dòng)重發(fā)功能，能自動(dòng)填充和生成CRC，支持廣播和多播。CP2200內(nèi)部帶有2 k字節(jié)的發(fā)送緩存和4 k字節(jié)的接收緩存，還有8 k字節(jié)的內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用戶常數(shù)、Web服務(wù)器內(nèi)容，它的最后6個(gè)存儲(chǔ)單元是工廠預(yù)編程的唯一48位MAC地址。此芯片采用48管腳的TQFP封裝，工作的溫度范圍在-40～+85℃，可為具有11個(gè)以上I/O引腳的微處理器擴(kuò)展以太網(wǎng)通信功能。此芯片具有30 Mb/s速率的并行主機(jī)接口，支持Intel和Motorola兩種總線方式。

CP2200的多種集成功能(如CRC校驗(yàn)、數(shù)據(jù)濾波等)有效減輕了單片機(jī)的載荷，它內(nèi)部的收發(fā)接口單元操作起來(lái)靈活方便，為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包提供了有效緩沖。使用該芯片時(shí)，電路只需增加1個(gè)RJ-45快速以太網(wǎng)接口即可，其工作特性可以滿足CAN總線的傳輸波特率要求。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 C8051F040芯片介紹

C8051F系列單片機(jī)是Silicon Labs公司推出的系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與80C51兼容的CIP-51內(nèi)核。C8051F040內(nèi)部集成的CAN控制器包括1個(gè)CAN內(nèi)核、消息RAM(獨(dú)立于CIP-51內(nèi)核)、消息處理單元、控制寄存器等。C8051F040內(nèi)部包含1個(gè)CAN協(xié)議控制器，并沒(méi)有提供物理層的驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)與CAN總線的接口。數(shù)據(jù)接收和濾波都由CAN控制器完成，不需要CIP-51內(nèi)核的參與。這種方式可使CAN通信時(shí)占用的系統(tǒng)資源最小。CIP-51內(nèi)核通過(guò)配置其內(nèi)部的特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)CAN的數(shù)據(jù)交互。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路如圖3所示，由CP2200、C8051F040、CAN驅(qū)動(dòng)芯片的SN65HVD230等組成。其中CP2200與HR911105A組成以太網(wǎng)電路部分，SN65H-VD230單個(gè)組成CAN收發(fā)電路。工作原理如下，當(dāng)CP2200收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)C8051F040的INTO，C8051F040把數(shù)據(jù)從CP2200的接收緩沖區(qū)拷貝到其內(nèi)存空間，然后通過(guò)SN65HVD230轉(zhuǎn)發(fā)到CAN網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)CAN數(shù)據(jù)有要發(fā)送到以太網(wǎng)，C8051F040收到數(shù)據(jù)后，就向CP2200的發(fā)送緩沖區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，最后由CP2200通過(guò)HR911105A發(fā)到以太網(wǎng)。

作者：中國(guó)電子科技集團(tuán) 車(chē)行 郭建洲 來(lái)源：電子設(shè)計(jì)工程