LIN主從節點設計與實現

摘要：LIN是一種串行通訊協議，用于實現汽車中的分布式電子系統控制。介紹了具體的LIN主從節點硬件組成和軟件實現方法，同時提出若干抗千擾措施。測試證明按照這種方法設計的LIN網絡能正確實現通信。
關鍵詞：LIN總線；主節點；從節點；CAN總線

LIN(LocalInterconnect Network)是一種低速汽車網絡，采用單主多從、異步串行通信方式，定位于現有汽車網絡(如CAN總線)的輔助和補充，目的是以低廉的價格聯接車上的傳感器、執行器和處理器，并且允許不同廠家的模塊隨時添加進來。LIN的主要特點有：低成本，基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必須的硬件；傳輸速率最高可達20 Kb／s；從節點不需晶振或陶瓷震蕩器就能實現自同步，節省了從設備的硬件成本；單主控器／多從設備模式，無需仲裁機制；不需要改變LIN從節點的硬件和軟件就可以在網絡上增加節點等。

1 主從節點硬件設計
LIN網絡由一個主節點和最多15個從節點構成。設計LIN節點可以有三種方法：用普通I／O口線模擬異步串行通信；用UART和定時器實現；用專門的LIN模塊來實現。第一種方法成本最低，但CPU負擔最重，代碼較多；第二種方法成本適中，CPU負擔較輕；第三種方法成本較高，但CPU負擔最輕，代碼最少。這里采用最常用的一種，即基于UART和定時器的LIN節點設計和實現。LIN網絡拓撲結構如圖1所示。

在LIN網絡中所有的通信都由主節點發起，同時還承擔與CAN總線通信的任務，因此主節點硬件電路主要包括微控制器、LIN收發器和CAN收發器。LIN收發器將協議控制器向TXD引腳輸入的傳輸數據流轉換成總線信號并由收發器控制回轉速率和波形以減少EME；CAN收發器作為CAN總線與控制器之間的接口以及提供CAN總線的差動發送和接收功能。需要注意的是主節點電路中必須連接一個1 kΩ的上拉電阻和一個二極管。采用Microchip公司的PICl8系列單片機作為主節點的微控制器，MCP2551作為CAN總線收發器，MCP201作為LIN總線收發器。主節點硬件原理圖如圖2所示。在實際設計過程中還要注意EMI(電磁干擾)和ESD(靜電危害)對LIN總線的干擾，為了避免EMI的影響，LIN協會把LIN的最高位速率限制在20 Kb／s，同時最大傳輸距離不能超過40 m；ESD表現為短暫而幅度迅速衰減的高壓、大電流放電，而LIN總線收發器最容易受到：ESD的沖擊，因此設計時可以在電源線和地線之間串聯電阻和電容，也可以把地線加粗，并與其他大面積接地導體就近、低阻抗連接。
從節點采用PIC18F1320作為主控制器，MCP201作為LIN總線收發器；需要注意的是從節點中必須連接一個30 kΩ的上拉電阻，當然串聯二極管也是必須的，它可以防止電子控制單元在本地電池掉電的情況下通過LIN總線上電。從節點電路原理圖與主節點相似，去掉CAN收發器，其余不再贅述。