MCU、LIN收发器、LIN总线、节点，它们之间是如何协作的？
在LIN总线系统中，MCU（微控制器）、LIN收发器、LIN总线与节点通过分层协作实现数据通信。以下从硬件连接、通信流程、协议层级三方面解析它们的关系：
一、硬件连接：从个体到网络的物理架构
1. 基础单元：节点的内部组成
节点 = MCU + LIN收发器 + 外围电路
- MCU：运行应用程序，处理数据逻辑（如传感器采样、控制算法）。
- LIN收发器（如TJA1020）：实现TTL/CMOS电平与LIN总线电平的转换。
- 外围电路：包括终端电阻（主节点内置1kΩ）、滤波电容、电源稳压器。
2. 网络拓扑：节点连接到LIN总线
主节点(MCU+收发器) ─── LIN总线(单线) ─── 从节点1(MCU+收发器) ─── 从节点2(...)
- 总线特性：
- 单线传输（LIN_H），通过上拉电阻连接到电源（通常12V）。
- 总线长度≤40米，支持最多16个节点（1主+15从）。
- 终端电阻：
仅主节点内置1kΩ电阻，用于匹配总线阻抗，确保信号质量。
二、通信流程：数据从产生到传输的完整路径
1. 主节点发送数据（控制命令）
2. 从节点响应数据（状态反馈）
三、协议层级：从比特到应用的分层协作
1. 物理层（LIN总线与收发器）
- 信号传输：
- 显性（逻辑0）：LIN_H≈0V（收发器拉低）。
- 隐性（逻辑1）：LIN_H≈VBAT/2（通过上拉电阻）。
- 波特率：标准19.2kbps，收发器负责将MCU的UART信号转换为总线电平。
2. 数据链路层（MCU与收发器协作）
- 帧格式处理：
- MCU生成/解析帧头（同步场+PID）、数据场、校验和。
- 收发器仅负责信号转换，不参与协议解析。
- 错误检测：
- MCU计算校验和，验证帧完整性；收发器检测总线显性超时等物理层错误。
3. 应用层（节点间的功能分工）
- 主节点职责：
- 管理调度表，按固定周期发送帧头。
- 接收从节点响应，协调网络通信。
- 从节点职责：
- 监听总线，识别属于自己的PID。
- 根据配置发送或接收数据（如温度传感器节点发送温度值）。
四、关键协作机制
1. 休眠与唤醒
- MCU控制收发器休眠：
发送低电平到收发器的STB引脚，进入低功耗模式（电流<1μA）。 - 唤醒流程：
- 任一节点的MCU拉高STB引脚，驱动LIN_H线显性电平≥250ms。
- 总线上所有收发器被唤醒，通知各自MCU。
- 主节点MCU重新启动调度表。
2. 错误处理
- 硬件保护：
收发器检测总线短路、过压等故障，自动断开或限制电流。 - 软件恢复：
MCU检测到校验和错误时，重发帧或设置故障标志（如OBD故障码）。
3. 时间同步
- 主节点调度：
主节点按调度表严格控制帧发送时间（如每10ms发送一帧）。 - 从节点跟随：
从节点通过接收同步场（0x55）校准本地时钟，确保位采样点准确。
五、实际应用示例
场景：汽车车门模块（从节点）与中央控制器（主节点）通信
- 数据采集：
车门MCU读取门锁状态（开/关）和车窗位置传感器数据。 - 帧封装：
车门MCU将数据封装到帧中（如PID=0x24），通过UART发送到LIN收发器。 - 总线传输：
收发器将数据转换为总线信号，在主节点调度的对应时隙发送。 - 中央控制器接收：
主节点MCU解析数据，更新仪表盘显示或触发其他动作（如防盗报警）。
六、总结：四层协作模型
- MCU：执行应用逻辑，实现协议栈（如生成帧、解析信号）。
- LIN收发器：实现电平转换、总线驱动与保护。
- LIN总线：提供物理传输介质，定义信号电平标准。
- 节点：作为独立通信实体，通过总线交换数据，共同构成分布式控制系统。