LIN總線技術(shù)及其應(yīng)用研究

LIN從節(jié)點(diǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　本文采用NXP推出的本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)I/O附屬擴(kuò)展芯片UJA1023，可協(xié)助構(gòu)建高性價(jià)比、高可靠度的車內(nèi)LIN網(wǎng)絡(luò)。雖然，該芯片起初的設(shè)計(jì)初衷是應(yīng)用在高檔轎車行業(yè)，但由于該芯片的高集成性和可靠性等特點(diǎn)，完全能夠用于諸如電力工業(yè)領(lǐng)域等。UJA1023 是一個(gè)獨(dú)立的可應(yīng)用于本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)I/O的從節(jié)點(diǎn)，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子控制單元中所使用的基本部件，這些電子控制單元用于對(duì)I/O進(jìn)行控制。

　　UJA1023 芯片內(nèi)包含一個(gè)LIN 2.0 控制器，一個(gè)集成的LIN收發(fā)器，并同時(shí)兼容LIN1.3 規(guī)范。同時(shí)還包括8個(gè)可通過LIN總線進(jìn)行配置的I/O端口。UJA1023 具有自動(dòng)比特率同步電路，可以在1kbit/s 至20kbit/s 范圍內(nèi)與主節(jié)點(diǎn)保持同步，因此芯片內(nèi)集成了一個(gè)晶振。
　　LIN協(xié)議由芯片自動(dòng)進(jìn)行處理，從節(jié)點(diǎn)的地址NAD和幀識(shí)別符(frame Identifier)的設(shè)置由主請(qǐng)求命令(master request)和從響應(yīng)命令(slave response)以菊花鏈方式或即插方式完成。8 個(gè)雙向I/O引腳可由LIN總線命令進(jìn)行配置，并且可以具有以下的功能：

輸入功能

　　·標(biāo)準(zhǔn)輸入引腳；

　　·本地喚醒；

　　·邊沿捕獲；

　　·模擬信號(hào)輸入引腳；

　　·開關(guān)矩陣(與輸出引腳配合使用)。

輸出功能

　　·標(biāo)準(zhǔn)輸出引腳，可配置為高邊驅(qū)動(dòng)、低邊驅(qū)動(dòng)、推拉驅(qū)動(dòng)模式；

　　·周期(循環(huán))偵聽模式用于本地喚醒；

　　·PWM模式，例如，驅(qū)動(dòng)轎車后燈；

　　·開關(guān)矩陣(與輸入引腳配合使用)。

配置流程

　　UJA1023可通過LIN命令幀，即主請(qǐng)求命令和從響應(yīng)命令以報(bào)文鏈的形式完成配置。主請(qǐng)求命令發(fā)送配置數(shù)據(jù)，而主請(qǐng)求命令的目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)在收到命令后將發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)給主節(jié)點(diǎn)作為響應(yīng)。圖3所示為UJA1023的配置流程，其中主請(qǐng)求命令和從響應(yīng)命令之間井然有序的配合就是一種“握手”的概念。

UJA1023應(yīng)用實(shí)例

 
圖4 通用I/O口應(yīng)用

　　由圖4所示。單片UJA1023具有8個(gè)I/O口可作為通用I/O口使用。在圖4中，P0、P1用于讀入開關(guān)量的值。P3用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。P5通過功率放大可驅(qū)動(dòng)電機(jī)。P7則對(duì)模擬量進(jìn)行采集，P2還可以驅(qū)動(dòng)繼電器，因而UJA1023在繼電保護(hù)中也有“用武之地”。

多片UJA1023應(yīng)用

　　使用即插方式，通過“單主多從”的方式，將多片UJA1023連成網(wǎng)絡(luò)形式的應(yīng)用。由圖5所示為由1個(gè)主節(jié)點(diǎn)和8個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成的基于單主多從模式的LIN網(wǎng)絡(luò)。由圖可知，每個(gè)從節(jié)點(diǎn)有8路I/O，因此該網(wǎng)絡(luò)總共有多達(dá)64路的控制口?？蛇M(jìn)行多種形式的多路控制。其特點(diǎn)就是應(yīng)用靈活，配置方便，擴(kuò)展性強(qiáng)，成本低廉，可靠性高。值得一提的是，圖5只是一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，如果需要更多的端口，完全可以按圖5的形式進(jìn)行多網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，而網(wǎng)與網(wǎng)之間可以通過網(wǎng)關(guān)來連接。

 
圖5  基于單主多從模式的LIN網(wǎng)絡(luò)

　　該形式十分適合于如圖6所示的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)用中。下位低頻低壓減載裝置的設(shè)計(jì)目的是完成35kV系統(tǒng)根據(jù)電力系統(tǒng)頻率和電壓變化，按預(yù)定的控制方案切除電力負(fù)荷。

 
圖6 系統(tǒng)總體框圖

　　圖6中每臺(tái)低頻減載裝置中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，以圖5為參考，一個(gè)裝置中包含一個(gè)基于單主多從的子網(wǎng)絡(luò)，即含有多片UJA1023，而每片芯片的Ｉ/O口驅(qū)動(dòng)若干的繼電器，以在必要時(shí)控制繼電器以切除負(fù)載。

結(jié)語

　　由以上的分析不難得出結(jié)論，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸速率要求不高的傳感器、數(shù)字量I/O、顯示和執(zhí)行部件的控制連接固然可以使用CAN，但是這樣可以會(huì)造成浪費(fèi)。在這種情況下，LIN的成本廉價(jià)，抗干擾性強(qiáng)，使用單線連接的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來了。此外，在家用電器中也可使用LIN總線，例如在洗衣機(jī)中，微處理器通過LIN總線的傳感器進(jìn)行水位、水流、水溫的測(cè)量，通過連在總線上的電動(dòng)閥進(jìn)行給水和排水控制。因此 LIN總線技術(shù)的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不是局限于汽車工業(yè)，而在其他領(lǐng)域也同樣有著不可忽視的廣闊應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：
1.LIN Consortium, "LIN Specification, Version 1.3", www.lin-subbus.org, December 2002.
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3. Philips Semiconductors  UJA1023 LIN-I/O slave product data sheet.
4. Bosch. CAN Specification (Version 2. 0)
5. Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstration [Z] . 2000