基于C8051F040的以太網(wǎng)-CAN轉(zhuǎn)換電路設計

摘要：以太網(wǎng)和CAN總線應用廣泛，但由于其通信協(xié)議不同，兩種總線器件間無法進行數(shù)據(jù)通信，因此，設計了基于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)硬件電路與軟件設計分析。在保證數(shù)據(jù)完整和協(xié)議可靠的前提下，通過握手協(xié)議和簡化的以太網(wǎng)協(xié)議，不僅實現(xiàn)了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與CAN數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，同時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。
關(guān)鍵詞：CP2200；C8051F040；以太網(wǎng)；CAN；總線

控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，CAN)總線是Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車控制設備與測試儀器之間數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，主要用于各種設備的檢測及控制。目前，CAN總線被廣泛應用于汽車等交通運輸工具、工業(yè)控制、智能樓宇、機械工業(yè)、醫(yī)療器械、傳感器等領(lǐng)域，被稱為最有前途的現(xiàn)場總線之一，但其主要缺點是不適合遠距離傳輸。以太網(wǎng)接口開始是為了連接實驗室的多個計算機設備，開發(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)的確定性和實時性得到了保證，工業(yè)以太網(wǎng)的安全性和網(wǎng)絡生存性也得到了很大程度的提高。使其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應用。目前計算機已經(jīng)廣泛應用與各個操控領(lǐng)域，而計算機常用的連接端口就是以太網(wǎng)，只要接口標準統(tǒng)一，并安裝好必要的軟件，計算機就可以介入到各個控制系統(tǒng)中去。因此，為了提高效率，有必要采用技術(shù)手段，實現(xiàn)通過以太網(wǎng)接口使計算機融入CAN網(wǎng)絡，把以太網(wǎng)的遠距離傳輸性與CAN的專業(yè)性結(jié)合起來，優(yōu)勢組合。

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)動芯片，支持IEEE802·3以太網(wǎng)媒體訪問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，可以工作在全雙工或半雙工模式，能進行自動極性檢測和糾正，具有碰撞自動重發(fā)功能，能自動填充和生成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存儲器，用于存儲用戶常數(shù)、Web服務器內(nèi)容，它的最后6個存儲單元是工廠預編程的唯一48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個以上I／O引腳的微處理器擴展以太網(wǎng)通信功能。此芯片具有30 Mb／s速率的并行主機接口，支持Intel和Motorola兩種總線方式。
CP2200的多種集成功能(如CRC校驗、數(shù)據(jù)濾波等)有效減輕了單片機的載荷，它內(nèi)部的收發(fā)接口單元操作起來靈活方便，為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包提供了有效緩沖。使用該芯片時，電路只需增加1個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系列單片機是Silicon Labs公司推出的系統(tǒng)級芯片，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CAN內(nèi)核、消息RAM(獨立于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CAN協(xié)議控制器，并沒有提供物理層的驅(qū)動器，實現(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通信時占用的系統(tǒng)資源最小。CIP-51內(nèi)核通過配置其內(nèi)部的特殊功能寄存器來實現(xiàn)CAN的數(shù)據(jù)交互。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。