基于LPC2194的4 路 CAN網(wǎng)橋設(shè)計(jì)

CAN總線以其設(shè)計(jì)獨(dú)特、成本低、可靠性高、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從高速網(wǎng)絡(luò)到低速的多路接線網(wǎng)絡(luò)都可以使用CAN總線，其最高傳輸速率可以達(dá)到1 Mbps，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)10 km(傳輸速率在5 kbps以下時(shí))。但是當(dāng)要求傳輸速率較高且傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，單條總線就無法完成；而且在大型的網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常需要多條總線的接入。這就需要同時(shí)有中繼與路由功能的CAN網(wǎng)橋來實(shí)現(xiàn)以上功能。
本文設(shè)計(jì)的4路CAN網(wǎng)橋可以延長CAN傳輸距離，擴(kuò)展CAN通信網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)具有路由功能，可實(shí)現(xiàn)不同CAN網(wǎng)絡(luò)之間的不同路由、不同通信速率的轉(zhuǎn)換，能夠在大型CAN網(wǎng)絡(luò)中起到關(guān)鍵作用。

1 4路CAN網(wǎng)橋的設(shè)計(jì)方案
1．1 CAN網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)
使用4路CAN網(wǎng)橋?qū)W(wǎng)絡(luò)性能的改善有著很大的幫助，在大型網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)中有以下優(yōu)點(diǎn)：
①可以延長網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，特別是經(jīng)過幾個(gè)CAN網(wǎng)橋的中繼之后，可以極大地延長傳輸距離，能夠達(dá)到幾千米甚至幾十千米。
②可以增大CAN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，4路CAN網(wǎng)橋有4個(gè)CAN支路，每條支路又可以增加新的CAN網(wǎng)橋，因此可以組成大規(guī)模的CAN網(wǎng)絡(luò)。
③可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間不同路由的選擇，增強(qiáng)了CAN網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
1．2 設(shè)計(jì)方案
CAN網(wǎng)橋的設(shè)計(jì)方案一般分為單MCU和多MCU兩種。單MCU速度較慢，不適用于高速網(wǎng)絡(luò)；多MCU方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性較差。針對以上情況，本設(shè)計(jì)采用了自帶4路CAN控制器的ARM微控制器LPC2194，同時(shí)避免了MCU速度慢和多MCU網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的情況。
LPC2194的特點(diǎn)如下：
①具有32位的ARM7微控制器，帶有256 KB的嵌入式高速Flash存儲(chǔ)器。32位代碼能夠在最高時(shí)鐘頻率下運(yùn)行，且功耗極低，處理速度極快。
②自帶4路互聯(lián)的CAN控制器，完全支持CAN2．0B和ISO1198-1的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)CAN控制器均可以實(shí)現(xiàn)1Mbps的速率。其全局驗(yàn)收濾波器可識(shí)別所有總線的11位和29位Rx標(biāo)識(shí)符，相對于SJA1000的CAN控制器有著明顯的優(yōu)勢。

2 4路CAN網(wǎng)橋的硬件設(shè)計(jì)
2．1 總體設(shè)計(jì)
由于LPC2194集成4路CAN控制器，因此能夠方便地實(shí)現(xiàn)4路CAN總線接口，既減小了系統(tǒng)的規(guī)模，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用LPC2194作為主控芯片，具有隔離和保護(hù)的CTM8251T作為CAN收發(fā)器。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。