探索Microchip PICDEM? LIN開(kāi)發(fā)板：硬件設(shè)計(jì)與編程實(shí)踐

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的開(kāi)發(fā)板進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。Microchip的PICDEM? LIN開(kāi)發(fā)板為我們提供了一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)，用于探索LIN總線協(xié)議以及相關(guān)微控制器的應(yīng)用。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款開(kāi)發(fā)板的硬件設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)。

文件下載：DM163005.pdf

一、PICDEM? LIN開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介

PICDEM LIN是一款簡(jiǎn)單而功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)板，它展示了Microchip多款微控制器的能力，包括PIC16C432、PIC16C433、PIC16C7XX、PIC16X8X、PIC18FXX8系列，同時(shí)搭配了內(nèi)置電壓調(diào)節(jié)器的獨(dú)立LIN收發(fā)器MCP201，采用LIN總線協(xié)議進(jìn)行通信。

1.1 開(kāi)發(fā)板套件內(nèi)容

• PICDEM LIN演示板：具備多種硬件特性，如18 - 、28 - 、40 - 引腳的DIP插座（一次僅使用一個(gè)設(shè)備）、板載+5V穩(wěn)壓器、RS - 232C插座、CAN總線接口、LIN總線主節(jié)點(diǎn)控制面板接口、RF階段、座椅記憶單元、電機(jī)控制從節(jié)點(diǎn)等。
• 示例設(shè)備：包含幾種紫外線可擦除和閃存設(shè)備，如PIC16F874、PIC16C432、PIC16C433，這些設(shè)備預(yù)編程了實(shí)現(xiàn)LIN總線通信的固件。
• 示例程序：CD - ROM中包含示例演示程序，如demo432.asm（PIC16C432 LIN總線演示）、demo433.asm（PIC16C433 LIN總線演示）、demo874.asm（PIC16F874 LIN總線演示）。
• 用戶指南：提供了開(kāi)發(fā)板的詳細(xì)說(shuō)明和使用教程。

1.2 參考文檔

可通過(guò)聯(lián)系Microchip銷(xiāo)售辦公室或從其官網(wǎng)（www.microchip.com）下載獲取，包括各設(shè)備的數(shù)據(jù)手冊(cè)、MPLAB? IDE、Simulator和Editor用戶指南等。

二、快速上手

2.1 作為獨(dú)立板使用

若要立即演示PICDEM LIN，可按以下步驟操作：

1. 確保預(yù)編程的示例設(shè)備安裝在PICDEM LIN板的適當(dāng)插座上。
2. 為PICDEM LIN供電。
3. 使用扁平帶狀電纜連接兩個(gè)面板。
4. 按下控制臺(tái)面板上的S8或S10按鈕，觀察從節(jié)點(diǎn)端口的遞增或遞減。

2.2 運(yùn)行示例程序

若要使用示例程序演示PICDEM LIN的操作，需要對(duì)示例設(shè)備進(jìn)行擦除和重新編程：

• 擦除示例設(shè)備
  • EPROM設(shè)備：移除覆蓋設(shè)備窗口的標(biāo)簽（若設(shè)備無(wú)窗口則無(wú)法重新編程，可訂購(gòu)JW封裝的窗口版本），將設(shè)備放入紫外線（UV）EPROM擦除器中，擦除時(shí)間取決于光的波長(zhǎng)、強(qiáng)度、與UV源的距離以及設(shè)備的工藝技術(shù)。擦除后進(jìn)行空白檢查。
  • EEPROM/Flash設(shè)備：在MPLAB IDE中啟用編程器，將設(shè)備放入編程器，從編程器菜單中選擇擦除程序內(nèi)存或等效的擦除命令（重新編程前無(wú)需擦除）。
• 重新編程示例設(shè)備
  • 安裝硬盤(pán)上的示例程序，PICDEM LIN套件中的3.5英寸磁盤(pán)包含所有支持處理器類型的示例程序，安裝說(shuō)明可在磁盤(pán)的“README”文件中找到。
  • 使用匯編器，如MPASM?匯編器（可與MPLAB IDE一起使用）。
  • 使用設(shè)備編程器，如PRO MATE? II或PICSTART? Plus。

三、硬件詳細(xì)描述

3.1 通用電路

• 電源供應(yīng)：每個(gè)子系統(tǒng)板的電源圍繞汽車(chē)級(jí)電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)建，由反極性阻擋二極管和45V齊納二極管保護(hù)，輸入和輸出均經(jīng)過(guò)濾波，輸出端連接LED用于“電源開(kāi)啟”指示。
• LIN總線收發(fā)器：采用插座設(shè)計(jì)，可接受行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LIN或K/L - Line收發(fā)器，移除連接引腳3（VDD）到板VCC電源平面的跳線即可使用Microchip的MCP201。
• ICD/ICSP?接口：LIN總線主節(jié)點(diǎn)和座椅記憶控制節(jié)點(diǎn)配備ICSP接口連接器，可在不將PICmicro設(shè)備從板上移除的情況下進(jìn)行在線編程。使用ICSP接口時(shí)，28 - 和40 - 引腳設(shè)備的RB3、RB6和RB7將不可用。

3.2 LIN總線主節(jié)點(diǎn)

• 處理器插座：提供28 - 引腳和40 - 引腳插座，一次僅使用一個(gè)設(shè)備。
• RS - 232串行端口：配備RS - 232電平轉(zhuǎn)換IC及相關(guān)硬件，通過(guò)DB9連接器支持RS - 232主機(jī)連接。端口配置為DCE，可使用直連電纜連接到PC。
• 開(kāi)關(guān)：S2開(kāi)關(guān)用于硬復(fù)位處理器，帶有去抖電容，按下時(shí)接地，空閑時(shí)拉高（+5V）。
• 振蕩器選項(xiàng)：LIN總線主節(jié)點(diǎn)使用20 MHz晶體運(yùn)行，但可通過(guò)拆除晶體和C20，并在R36上安裝10K電阻，將振蕩器從晶體改為諧振器或RC振蕩器。
• CAN總線連接：有兩種連接CAN總線的方式，可使用MCP2510獨(dú)立CAN控制器，或使用帶有內(nèi)部CAN接口的PICmicro MCU（如PIC18F258或PIC18F458）。通過(guò)跳線E4和E5選擇CAN收發(fā)器芯片連接到MCP2510或40/28 - 引腳插座的RB2和RB3。
• 控制臺(tái)面板：連接到40 - 引腳插座的PORTD和PORTE，用于向主板提供輸入和輸出，可通過(guò)LIN總線固件將輸入轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)IN總線消息。若控制臺(tái)板與主板分離，可通過(guò)跳線J6使用扁平帶狀電纜連接。

3.3 控制臺(tái)面板

提供輸入和輸出到LIN總線主節(jié)點(diǎn)，輸入可用于生成LIN總線消息，LED、音頻換能器和開(kāi)關(guān)連接到主板的PORTD和PORTE。若板分離，可通過(guò)扁平電纜從J7連接到主板。

• 控制臺(tái)輸入：有十個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)跳線輸入，所有按鈕開(kāi)關(guān)上拉到VDD，閉合接地。IGNITION開(kāi)關(guān)閉合時(shí)輸出VDD，OFF位置開(kāi)路；PARK/NEUTRAL開(kāi)關(guān)OFF時(shí)上拉到VDD，閉合接地；跳線E3用于模擬典型汽車(chē)診斷鏈路中的診斷端口跳線。
• 控制臺(tái)輸出：故障指示燈（MIL）連接到VDD，輸入接地時(shí)點(diǎn)亮；Chime音頻蜂鳴器有自帶的聲音發(fā)生器，接地激活。

3.4 遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入面板

提供從鑰匙扣到LIN總線的接口，可作為L(zhǎng)IN總線主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)，具體配置取決于固件設(shè)計(jì)。配備28 - 引腳PICmicro MCU插座、RF板、LEARN按鈕和LED，以及LIN總線收發(fā)器。RF接收器為標(biāo)準(zhǔn)的Telecontrolli模塊，工作頻率為433.9 MHz。

3.5 通用原型板

用于通用目的，裝配有四個(gè)插座，包括28 - 引腳和40 - 引腳DIP插座，以及兩個(gè)可安裝16 - 引腳SOIC封裝的區(qū)域，可用于驅(qū)動(dòng)程序等。RC6和RC7引腳連接到單芯片LIN總線收發(fā)器。

3.6 電動(dòng)座椅面板

可用于演示典型的座椅位置記憶模塊，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓碳赏ㄟ^(guò)板載按鈕輸入或LIN總線進(jìn)行控制。

• 按鈕和傳感器輸入：三個(gè)按鈕輸入連接到RA4、RA5和RC3，分別標(biāo)記為MEM#1、MEM#2和SET。J12用于啟用外部開(kāi)關(guān)輸入連接，并包含驅(qū)動(dòng)外部LED“記憶”功能指示燈的信號(hào)。J9、J11、J15和J16連接到外部（用戶提供）電機(jī)，并具有電機(jī)位置的模擬反饋連接，四個(gè)模擬輸入通過(guò)保護(hù)RC網(wǎng)絡(luò)路由到RA0:3，模擬電壓范圍為0V至5.0V。J8用于外部手動(dòng)電機(jī)控制按鈕開(kāi)關(guān)，直接連接到繼電器驅(qū)動(dòng)電路，可獨(dú)立于微控制器操作位置電機(jī)，也可通過(guò)PIC?微控制器的PORTB讀取。
• 繼電器驅(qū)動(dòng)：板載座椅電機(jī)的功率繼電器，由高側(cè)或低側(cè)八進(jìn)制500 mA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，通過(guò)跳線J10、J13和J14配置板以接受特定驅(qū)動(dòng)器。
• ICD/ICSP接口：座椅記憶控制節(jié)點(diǎn)配備ICSP接口連接器，可在不將PICmicro MCU從板上移除的情況下進(jìn)行在線編程。使用ICSP接口進(jìn)行在線調(diào)試（ICD）時(shí)，28 - 和40 - 引腳設(shè)備的RB3、RB6和RB7將不可用，電機(jī)控制頭J9和J15不應(yīng)使用。

3.7 LIN總線從節(jié)點(diǎn)H橋驅(qū)動(dòng)器

• 從節(jié)點(diǎn)1：專為PIC16C433和Allegro A3976KLB雙H橋驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，PIC16C433的I/O引腳可通過(guò)在跳線場(chǎng)J20上進(jìn)行繞線連接到驅(qū)動(dòng)設(shè)備或任何輸入電路，也可通過(guò)E18、E20 - 24將微引腳單獨(dú)連接到LED進(jìn)行指示。兩個(gè)模擬輸入從連接器JP9路由到跳線場(chǎng)J20。
• 從節(jié)點(diǎn)3：用于演示PIC16C432與高壓、高電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（如A3952SW）的配合使用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由引腳RB4至RB7控制，輸出路由到J24和J25。RB0至RB3可通過(guò)跳線E25至E28連接到LED。
• 從節(jié)點(diǎn)4：功能與從節(jié)點(diǎn)3類似，此外，RB4至RB7也可路由到LED，RA0至RA3可作為模擬輸入，模擬輸入路由到連接器JP1。

3.8 LIN總線從節(jié)點(diǎn)高側(cè)驅(qū)動(dòng)器

從節(jié)點(diǎn)2專為PIC16C432和MC33143DW高側(cè)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，PIC16C432的I/O引腳可連接到高側(cè)驅(qū)動(dòng)器和/或LED。若要將PORTB的I/O引腳連接到LED，需安裝跳線E10至E17；若要連接到高側(cè)驅(qū)動(dòng)器，則需移除相應(yīng)跳線并在跳線場(chǎng)J19上建立連接。模擬輸入通過(guò)連接器JP11提供給PORTA引腳。

四、編程實(shí)現(xiàn)

4.1 主軟件

主軟件的源代碼在附錄B中，主例程流程圖如圖3 - 1所示。以PIC16F874的USART實(shí)現(xiàn)LIN總線主節(jié)點(diǎn)。初始化后，主例程從控制臺(tái)面板讀取按鍵，按鍵按下并去抖后，根據(jù)LIN總線規(guī)范生成奇偶校驗(yàn)位，插入標(biāo)識(shí)符字節(jié)，計(jì)算校驗(yàn)和，最后通過(guò)LIN總線傳輸所有數(shù)據(jù)。傳輸完成后，等待下一次按鍵。

• 鍵盤(pán)讀取例程：從控制臺(tái)面板讀取一個(gè)按鍵并去抖，根據(jù)按鍵返回一個(gè)8位值到主例程，存儲(chǔ)在ID寄存器（ID_TEMP）中。
• 奇偶校驗(yàn)位生成：根據(jù)LIN總線規(guī)范1.2計(jì)算標(biāo)識(shí)符字節(jié)的奇偶校驗(yàn)位，結(jié)果存儲(chǔ)在標(biāo)識(shí)符字節(jié)的第6位和第7位。
• 校驗(yàn)和計(jì)算：根據(jù)LIN總線規(guī)范1.2計(jì)算校驗(yàn)和，標(biāo)識(shí)符字節(jié)中的字段用于確定計(jì)算校驗(yàn)和的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量。計(jì)算完成后，根據(jù)標(biāo)識(shí)符字節(jié)判斷是在主傳輸模式下追加CRC還是在主接收模式下檢查CRC。
• LIN總線傳輸例程：通過(guò)USART將ID數(shù)據(jù)字節(jié)和CRC字節(jié)傳輸?shù)絃IN總線。首先傳輸同步字節(jié)（13位寬，通過(guò)減慢波特率實(shí)現(xiàn)），然后傳輸同步字段、標(biāo)識(shí)符字節(jié)，根據(jù)標(biāo)識(shí)符字節(jié)判斷是接收還是傳輸數(shù)據(jù)。
• 錯(cuò)誤處理：示例中未實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤處理，LIN總線規(guī)范允許用戶靈活處理錯(cuò)誤。

4.2 PIC16C432 LIN總線從節(jié)點(diǎn)代碼

從節(jié)點(diǎn)代碼的源代碼在附錄C中，主例程流程圖如圖3 - 2所示。PIC16C432在復(fù)位后初始化寄存器，等待主節(jié)點(diǎn)的同步中斷信號(hào)。檢測(cè)到信號(hào)后，分支到LIN處理子程序。接收到傳輸數(shù)據(jù)后，主例程根據(jù)接收到的標(biāo)識(shí)符采取相應(yīng)行動(dòng)，如按下控制臺(tái)面板上的WindowDown按鈕將遞減連接到PORTB的LED，按下WindowUp按鈕將遞增連接到PORTB的LED。

• LIN總線處理程序：接收到同步中斷信號(hào)后，等待同步字節(jié)的起始位，通過(guò)軟件計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)間并計(jì)算波特率。接收標(biāo)識(shí)符字節(jié)，檢查奇偶校驗(yàn)位，根據(jù)標(biāo)識(shí)符字節(jié)判斷是傳輸還是接收數(shù)據(jù)。
• 傳輸模式：傳輸所有數(shù)據(jù)前生成數(shù)據(jù)的CRC值，傳輸完成后返回主例程。
• 接收模式：接收所有數(shù)據(jù)后檢查CRC值，檢查完成后返回主例程。

4.3 PIC16C433 LIN總線從節(jié)點(diǎn)代碼

與PIC16C432從節(jié)點(diǎn)代碼流程基本相同，不同之處在于按下控制臺(tái)面板上的WindowDown按鈕將打開(kāi)GPIO0，按下WindowUp按鈕將關(guān)閉GPIO0。

五、總結(jié)

Microchip的PICDEM? LIN開(kāi)發(fā)板為電子工程師提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于學(xué)習(xí)和實(shí)踐LIN總線協(xié)議以及相關(guān)微控制器的應(yīng)用。通過(guò)深入了解其硬件設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)，我們可以更好地利用這款開(kāi)發(fā)板進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。大家在使用過(guò)程中是否遇到過(guò)一些有趣的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。