PIC18單片機的RS-485/CAN智能轉(zhuǎn)換器的設(shè)計

RS-485是一個電氣接口規(guī)范，它定義了一個基于單對平衡線的多點、雙向(半雙工)通信鏈路，只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議，在當時看來是一種相對經(jīng)濟具有相當高噪聲抑制相對高的傳輸速率傳輸距離遠和寬共模范圍的通信平臺，因此基于RS-485總線的通訊方法得到了廣泛的應(yīng)用。
由于RS-485總線本身存在的許多局限性，隨著科技的發(fā)展RS-485的總線效率低，系統(tǒng)的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節(jié)點少、應(yīng)用不靈活等缺點慢慢的暴露出來。雖歷經(jīng)多次改進但均是治標不治本。
CAN-bus是一種多主方式的串行通訊總線。具有較高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出通信過程中發(fā)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10 km 時CAN-bus仍可提供高達5 kb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。他在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離、成本等方面有著明顯的優(yōu)勢，從而成為了業(yè)界最有前途的現(xiàn)場總線之一。
基于RS-485網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，完全放棄RS-485網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是不現(xiàn)實的。但可以考慮一種折衷的辦法，就是在保留現(xiàn)有RS-485系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上給系統(tǒng)添加一個CAN-bus接口，RS-485/CAN智能轉(zhuǎn)換器的設(shè)計就具有了現(xiàn)實的意義。他可以實現(xiàn)RS-485網(wǎng)絡(luò)與CAN網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

2 轉(zhuǎn)換器設(shè)計
轉(zhuǎn)換器設(shè)計的原理框圖如圖2所示：

在該設(shè)計中采用了帶CAN控制器的PIC18F258芯片，其特點如表1所示。與傳統(tǒng)的MCU再加上獨立的CAN控制器的設(shè)計方法相比，可以使設(shè)計大大簡化，同時也增加了系統(tǒng)的可靠性。

表1 PIC18F258單片機的性能參數(shù) 名稱 特性
高性能RISC CPU 2MB的程序存儲器。4kB的數(shù)據(jù)RAM。16位寬指令，
高達10 MIPS的執(zhí)行速度。8×8單周期硬件乘法器
豐富的外圍功能模塊 4個內(nèi)部定時器，PWM/CCP模塊，USART模塊，
10位8通道A/D。CAN 總線模塊，異步串行通信SPI方式，I2C模式

特殊的單片機特性 SLEEP方式，帶有片內(nèi)RC振蕩器的監(jiān)視定時器(WDT)，
可編程代碼保護功能，通過兩個引腳可進行在線串行編程(ICSP)

FLASH 技術(shù) 低功耗，高速增強型FLASH 技術(shù)

2.1 硬件電路設(shè)計
硬件電路原理圖如圖3所示，包括MCU，總線驅(qū)動模塊，光電隔離，DC-DC隔離電源模塊等。

RS485總線驅(qū)動模塊采用MAX487，MAX487工作于半雙工模式，內(nèi)部包含一個發(fā)送器和一個接收器，在工作時需要通過使能端來控制“收”和“發(fā)”，將其使能端RE和DE連接到一起，然后接到PIC單片機的RC4，在軟件中通過對RC4的置位和復位來控制MAX487的收和發(fā)。
RS-485標準采用差分傳輸，本身已具有一定的抗干擾能力，在其傳輸通道的兩端分別加上一個6N137芯片，可以進一步增強轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力。可以避免由傳輸問題而引起的死機現(xiàn)象。
CAN總線驅(qū)動模塊采用PCA82C250，接口電路比較簡單。同樣也在其傳輸通道加上兩個高速光耦6N137，實現(xiàn)總線和轉(zhuǎn)換器的電氣隔離。
在硬件設(shè)計中需要特別注意電源部分的設(shè)計，因為光耦隔離兩側(cè)必須采用獨立的電源供電，否則將不能起到隔離的作用。轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)場應(yīng)用的時候不是采用電池供電，而是采用現(xiàn)場CAN總線的電源來供電，而這個電源是不穩(wěn)定的電源，而且存在很多干擾量，不能直接應(yīng)用到轉(zhuǎn)換器當中，必須經(jīng)過隔離，濾波以及穩(wěn)壓處理。