PIC16F73 做 LIN 从机：一张表算清 20 kbps 波特率与 4 个超时值

一台拖拉机座椅控制器的 LIN 子节点用 PIC16F73，主机每 10 ms 发一次帧头，从机按 ID 回 2 字节开关状态。台架上一切正常，装车后偶发“座椅不动”：LIN 分析仪抓到的校验和错误不到千分之一，整帧丢失却明显更多。结论先给：这类问题很少是校验算法写错，多数是波特率误差吃掉了采样窗口，再叠加超时账没算清，从机把“还没轮到我”误判成“总线睡眠”。AN237 把边界写成了 4 个位时间常量：25000 位空闲、39 位帧头、128 位唤醒等待，以及每 2 字节按 43 位累加的帧计时；20 kbps 用 8 MHz 晶振 SPBRG=24，4 MHz 配不出合规值。

本文按 Microchip 应用笔记 AN237《Implementing a LIN Slave Node on a PIC16F73》DS00237A 整理。波特率关系式、SPBRG 下限、39/128/25000 三个常量、2 字节 43 位帧时间与 333 字程序空间均取自该文档，毫秒数由位时间换算得到。

一、先算波特率，别急着怀疑校验

LIN 1.2 给主从通信的容差是 ±2%，而 SPBRG 决定从机自己的采样节奏。AN237 指出，USART 对输入做三采样多数判决，等效于在位中心采一次；频率误差与比特率误差近似 1:1，所以 ±2% 的时钟误差几乎就是 ±2% 的位宽误差。9 个位时间内累计偏移超过半个位宽，一帧里最后一个字节就会被判错——现象正是“校验偶发失败、整帧偶尔消失”。

PIC16F73 的异步高速档满足 B = FOSC / (16 × (X+1))，X 是 SPBRG 的 8 位值。把常用组合代进去，问题立刻现形：4 MHz 想把 20 kbps 配准，X 只能取 11 或 12，一个偏 +4.17%，一个偏 −3.85%，都超出 ±2%；8 MHz 时 X=24 恰好得到 20000 bps。

FOSC	目标波特率	SPBRG（X）	实际波特率	误差	结论
4 MHz	9600	25	9615 bps	+0.16%	可用
4 MHz	20000	11	20833 bps	+4.17%	超差
4 MHz	20000	12	19231 bps	−3.85%	超差
8 MHz	9600	51	9615 bps	+0.16%	可用
8 MHz	20000	24	20000 bps	0	可用

SPBRG 还有个下限。AN237 用 2% 误差推交叠边界，结论是 X 应大于 25；若按 ±5% 包络估，X 低于 10 时某些时钟频率会出现“没有任何 SPBRG 可用”的空档。所以 8 MHz / 20 kbps 的 X=24 只是理论零误差，晶振精度必须自己兜住；用陶瓷谐振器或内部 RC 时，这颗器件不适合跑 20 kbps，退到 9600 更稳。

二、一个 2 字节帧，为什么按 82 位做预算

AN237 的帧计时不是“数够字节就完事”，而是按位时间累加。2 个数据字节加 1 个校验和字节，每个字节含起始位与停止位共 10 位，合计 30 位；再乘 1.4 的容差系数，得到 43 位。这就是 ID 事件里要往 FRAME_TIME 寄存器加的数值。

帧头的时间定义更容易踩坑。LIN 规范写 49 位，AN237 的 MAX_HEADER_TIME 却填 39，注释说得很清楚：计时从 Break 之后才开始，Break 本身占 10 位不计入。39 加 43，一帧 2 字节报文的完整预算就是 82 位。

帧组成	位数	@9600 bps	@20000 bps
帧头（Break 后起算）	39	4.06 ms	1.95 ms
2 字节数据 + 校验和（×1.4）	43	4.48 ms	2.15 ms
整帧合计	82	8.54 ms	4.10 ms

这张表能直接回答调度问题：主机若按 10 ms 周期发帧，9600 bps 下一帧 8.54 ms，余量只剩 1.46 ms，从机中断里再塞长任务就会顶到下一帧；20000 bps 下同样帧只占 4.1 ms，余量翻倍。反过来说，主机周期小于 4.5 ms 时，2 字节帧在 9600 bps 下物理上就排不开。

三、四个超时值，各防一种故障

AN237 的计时函数与驱动解耦，只要求“每位时间至少调用一次”，示例用 Timer0 产生位率中断。帧时间与总线时间都按位计数，好处是换波特率只改 SPBRG，这几个常量不用重算，坏处是新手容易把“128”当成毫秒。

常量	值（位时间）	@9600 换算	防的故障
MAX_IDLE_TIME	25000	2.60 s	总线长时间无活动，从机应进入睡眠
MAX_HEADER_TIME	39	4.06 ms	帧头没收全，置帧超时错误
帧时间累加	每 2 字节 43	4.48 ms	数据或校验和没收全
MAX_TIME_OUT	128	13.33 ms	发出唤醒请求后等不到总线活动

四个值对应四个状态边界。把 MAX_IDLE_TIME 当成 25 ms 写进应用层，从机会在每次正常帧间隙里反复“入睡—唤醒”，表现出来就是响应时快时慢；把 128 当成 128 µs，唤醒重试会密到把总线占满。按位时间理解，这类错配基本可以一次排掉。

四、发送也要开接收中断

LIN 是单线总线，收发器把总线电平回送到 MCU 的 RX 脚，所以节点自己发送时，USART 接收中断照样会进。AN237 正是利用这一点：驱动只挂 USART 接收中断，发送和接收走同一个入口，再用状态位判断当前在等 Break、Sync、ID 还是数据。这也是它能做到“后台常驻”的原因——不需要额外的发送完成中断。

中断预算并不紧。AN237 给出 4 MHz 下总线空闲时约 98% 的处理时间仍归应用；核心驱动只占 333 字程序存储器与 12 字节数据存储器，对应 PIC16F73 的 5% 程序空间和 10% 数据空间。换句话说，剩下的大把头时间可以留给电机控制、采样滤波这类主任务。

五、状态与错误：不清标志，驱动会“装死”

状态标志由驱动自己推进：收到 Break 置 LS_BRK，收到同步字节置 LS_SYNC，收到 ID 置 LS_ID，数据收齐置 LS_DATA，校验通过置 LS_CHKSM。应用层通常只看 LS_BUSY 和两个完成标志 LF_RX、LF_TX，处理完必须手动清零，否则下一次完成事件读不到。

错误标志则全部集中在 LIN_STATUS_FLAGS 里，AN237 明确写了“错误在被处理并清零前视为致命”，也就是说不清标志，驱动会忽略后续所有数据。这一条在现场最容易漏：校验错误发生一次后从机再也不应答，看着像死机，其实只是标志没清。

标志	含义	现场处理
LE_BIT	回读位错误（发送数据与总线不一致）	检查收发器与总线短路，重发由主机调度决定
LE_BTO	总线活动超时	进入睡眠流程，等待唤醒
LE_CHKSM	校验和错误	丢弃本帧，记录计数，勿立即回写
LE_FTO	帧超时（头或数据未收全）	复位状态位，等下一个 Break
LE_PAR	ID 奇偶校验错误	核对主机 ID 表与从机表驱动是否一致
LE_SYNC	同步容差超限	回查 SPBRG 与晶振精度

六、表驱动：每个 ID 只填三个变量

收到 ID 后，驱动调用 l_txrx_table 拿“方向 + 长度”，再把三个变量填好：数据指针 LIN_POINTER、任务计数 LIN_COUNT、帧时间 FRAME_TIME。AN237 特意提醒，count 必须初始化为大于零，否则驱动不会进入收发流程；2 字节帧要往 FRAME_TIME 里加 43，因为此时寄存器里通常还剩帧头用剩的时间。

// 事件表：ID -> 方向 / 字节数 / 缓冲
typedef struct {
    unsigned char dir;      // 0=接收 1=发送
    unsigned char len;      // 数据字节数，必须 > 0
    unsigned char *buf;
} lin_id_entry;

static unsigned char seat_status[2];

static const lin_id_entry id_table[64] = {
    [0x21] = { 1, 2, seat_status },   // 从机上报座椅开关
    [0x22] = { 0, 2, seat_status },   // 主机下发指令
};

void lin_id_event(unsigned char id)
{
    const lin_id_entry *e = &id_table[id & 0x3F];
    if (e->len == 0) return;          // 本节点不处理该 ID
    LIN_POINTER = e->buf;
    LIN_COUNT   = e->len;
    FRAME_TIME += (unsigned char)((e->len * 10 + 10) * 1.4 + 0.5);  // 2 字节 -> 43
    if (e->dir) LIN_STATE_FLAGS |= 0x01;   // 置发送方向
}

void lin_poll(void)
{
    if (LIN_STATUS_FLAGS) {          // 任一错误都必须清，否则驱动停摆
        if (LIN_STATUS_FLAGS & LE_BTO) enter_sleep();
        LIN_STATUS_FLAGS = 0;
    }
    if (LIN_FINISH_FLAGS & LF_RX) {
        LIN_FINISH_FLAGS &= ~LF_RX;
        apply_command(seat_status);
    }
}

七、七步落地

按 AN237 的项目结构，lin.asm 负责协议、timer.asm 负责位计时、linevent.asm 负责 ID 分派，main.asm 只做初始化和应用。落地顺序建议固定成七步：①按目标波特率选晶振，20 kbps 用 8 MHz、9600 用 4 MHz；②按 16(X+1) 算 SPBRG，并核对误差在 ±2% 内；③Timer0 配成位率中断，中断里调用计时更新；④USART 接收中断里调用收发驱动；⑤填 ID 表，三个变量一个都不能少；⑥主循环集中处理错误标志；⑦需要从机唤醒主机时再调用唤醒函数。

现象	根因	改法
校验偶发错、波形看着正常	波特率误差超过 ±2%	换 8 MHz 或降到 9600，重算 SPBRG
某些 ID 永远不应答	ID 表 len=0 或方向填反	核对表驱动与主机调度表
发生一次错误后彻底静默	LIN_STATUS_FLAGS 未清零	主循环统一清错误标志
帧收到一半卡住	FRAME_TIME 没按 43 累加	按 (字节数×10+10)×1.4 补齐
总线空闲后不响应唤醒	25000 位空闲判定未实现	用位时间计数，勿按毫秒写死

还想接着看：LIN 总线 TJA1020 网关子节点设计、PIC18F2480 EUSART 自动波特率与错误恢复、KT8341 电力线扩频载波通信设计。

本文基于 Microchip 应用笔记 AN237《Implementing a LIN Slave Node on a PIC16F73》DS00237A 技术资料整理优化。