USB-CAN-RS232總線轉換電路設計及實現(xiàn)

[5]TMS320C6000CPUandInstructionSetReferenceGuide[Z].TexasInstruments,2000.的原理與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.[7]TMS320C6000DSPExternalMemoryInterface(EMIFReferenceGuide[Z].TexasInstruments,2005.[8]周霖.DSP算法設計與系統(tǒng)方案[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.作者簡介:王建平(1955-,男,河北藁城人,合肥工業(yè)大學教授,主要研究方向是智能測控技術、數(shù)字圖像處理與識別。季學鋒(1982-,男,江西永修人,合肥工業(yè)大學碩士生。收稿日期:2005-11-15咨詢編號:060607●應用與設計1引言隨著電子設備的大量出現(xiàn)及針對各種控制系統(tǒng)的實際需求,各種通信網(wǎng)絡相繼產生。由于它們的總線結構、通信協(xié)議及傳輸特點各不相同,給不同設備之間的連接帶來很多麻煩,因而急需各種總線之間的轉換裝置。目前較流行的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡有RS-232、RS422/485、HART、Profield、Dupline、CAN和LonWorks等,本文闡述了一種USB—CAN-RS232三總線轉換裝置。電路設計簡單新穎,并且攜帶方便,實用性很強。2各種總線的特點2.1CAN(ControllerAreaNetworkCAN是控制器局域網(wǎng)絡,屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性,具有較高的通信速率(最高達1Mb/s,較遠的通信距離(最遠達10km,良好的抗電磁干擾能力,而且采用總線仲裁技術,通信方式靈活,越來越受到人們的重視。它在汽車領域的應用最為廣泛,一些著名的汽車制造廠商如BENZ(奔馳、BMW(寶馬、PORSCHE(保時捷、ROLLS-ROYCE(勞斯萊斯和JAGUAR(美洲豹等都采用CAN總線實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。2.2USB(UniversalSerialBusUSB即“通用串行總線”,是一種應用在PC中的表型總線,由Intel、Microsoft、NEC等公司共同提USB-CAN-RS232總線轉換電路設計及實現(xiàn)吳志偉,丁鉑(西安科技大學機械工程學院,陜西西安710054摘要:闡述3總線轉換電路的簡單結構和實用功能。在設計中,應用了Maxim公司的MAX232型電平轉換器、Philips公司的SJA1000型CAN總線控制器以及NationalSemiconductor公司的US-BN9603型接口等器件,并提出了適應實際需要的完善方案。關鍵詞:總線;單片機;MAX232;SJA1000;USBN9603中圖分類號:TP336文獻標識碼:A文章編號:1006-6977(200606-0031-04DesignandimplementofUSB-CAN-RS232busconvertioncircuitWUZhi-wei,DINGBoAbstract:Inthispaper,athree-busconversiondeviceisdiscussed.Thedeviceissimpleinconstruc-tionandstronginfunction.TheMAX232,SJA1000andUSBN9603producedcorrespondinglybyMax-im,PhilipsandNationalSemiconductorarespecificallyappliedindesign,andaconsummateprojectadaptedtoactualapplicationisgiven.Keywords:bus;single-chipmicrocomputer;MAX232;SJA1000;USBN9603"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""出。它是一種新型的外接串聯(lián)口,提出該規(guī)格的廠商希望用USB取代現(xiàn)有的外接設備接口,它還具備連接單一化、軟件自動偵測以及熱插拔(即插即用的功能。USB具有以下特點:(1數(shù)據(jù)傳輸速率高。USB高速:480Mb/s;USB全速:12Mb/s;USB低速:1.5Mb/s。(2數(shù)據(jù)傳輸可靠。USB事務處理包括錯誤檢測機制,可以確保數(shù)據(jù)無錯誤發(fā)送。在發(fā)生錯誤時,事務處理可以重新進行。(3同時掛接多個USB設備。每個USB總線支持127個設備的連接。(4USB接口能為設備供電。當外界電源要求電壓為5V且電流小于500mA時,可以直接從USB總線獲取電源,這樣,USB設備無需專用電源線,從而降低了設備成本。(5支持熱插拔。USB實現(xiàn)了真正的“即插即用”功能,設備連接后由USB自檢測,并且由軟件自動配置,完成后立刻就能使用,不需要用戶進行干涉。3器件特性SJA1000是Philips公司早期PCA82C200型CAN控制器的替代品,功能更強,具有如下特點:●完全兼容PCA82C200及其工作模式即BAS-ICCAN模式;●具有擴展的接收緩沖器,64字節(jié)的FIFO結構;●支持CAN2.0B;●支持11位和29位識別碼;●位速率可達1Mbit/s;●時鐘頻率高達24MHz;●支持與不同微處理器的接口;●可編程的CAN輸出驅動配置;●工作溫度范圍寬(-40℃~+125℃。SJA1000的引腳排列如圖1所示,其內部主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發(fā)送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIFO、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內部振蕩器及復位電路等構成。IML接收來自CPU的命令,控制CAN寄存器的尋址并向控制提供中斷信息及狀態(tài)信息。CPU的控制經IML把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入TXB,TXB中的數(shù)據(jù)由BSP處理后經BTL輸出到CANBUS。BTL始終監(jiān)視CANBUS,當檢測到有效的信息頭“隱性電平-控制電平”的轉換時啟動接收過程,接收的信息首先要由位流處理器BSP處理,并由ASP過濾,只有當接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時,接收信息才最終被寫入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。EML負責傳遞層中調制器的錯誤管制,它接收BSP的出錯報告,促使BSP和IML進行錯誤統(tǒng)計。USBN9603的引腳排列如圖2所示,它是標準的USB接口電路,符合USB1.0和USB1.1協(xié)議。USBN9603集成了3.3V的穩(wěn)壓電源、串行接口引擎SIE、多個USB端點緩沖FIFO、1個8位并行微處理器接口和1個時鐘源。USBN9603的性能如下:低電流,低功耗,外接24MHz晶體振蕩器;增強型的DMA機制支持數(shù)據(jù)快速自動傳輸;集成了64B的雙向FIFO存儲器;圖1SJA1000的引腳排列圖2USBN9603的引腳排列圖4程序流程外處理器接口模式可由軟件控制;支持24MHz晶體振蕩器和內部48MHz時鐘產生電路;時鐘頻率可由軟件控制;8位并行接口有兩種可選模式,包括地址/數(shù)據(jù)復用型和非地址/數(shù)據(jù)復用型;接收和發(fā)送端的緩沖為64B;4硬件設計電路中使用的微處理器是ATMEL公司生產的AT89C51型單片機,硬件連接如圖3所示,US-選USBN9603,其地址為0x100—0x1FF。選用SJA1000作為CAN微控制器,SJA1000集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對通信數(shù)據(jù)的幀處理,其地址為0x000—0x0FF。AT82C50作為CAN控制器和物理總線之間的接口,用于提供總線的差動發(fā)送能力和CAN控制器差動接收能力。通過AT82C50的引腳3可選擇3種不同的工作方式(高速、斜率控制和待機。該引腳接地為高速方式,高速光耦隔離用6N137實現(xiàn),其作用是防止串入信號的干擾。MAX232用來完成RS232電平到微控制器接口電路的TTL電平轉換,同時還可進行一些總線端口的工作參數(shù)設置。5軟件設計在微控制器的控制下,各總線之間進行數(shù)據(jù)交換,微控制器先對各個總線工作參數(shù)進行初始化,設置好時鐘、寄存器、波特率,并選擇合適的中斷方式。對于SJA1000,主要指對控制寄存器CR、驗收碼寄存器ACR、驗收屏蔽寄存器AMR、時鐘分頻寄存器CDR、總線定時寄存器BTR0、總線定時器BRT1等的設置。USB的傳輸方式有4種:控制傳輸、塊傳輸、同步傳輸和中斷傳輸。本設計中使用了控制傳輸和塊傳輸。USBN9603的內部寄存器和FIFO緩沖區(qū)分別對每個端點進行控制,當接到主機發(fā)來的IN標記包時,發(fā)送端點應自動向上發(fā)送數(shù)據(jù)。如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送,則回應NAK(NegativeAcknowledegment握手包。其主程序流程如圖4所示。在設計軟件時,一定要正確選擇需要傳輸數(shù)據(jù)的2種總線,可以用軟件或硬件進行選擇。6結束語這種3總線轉換器可方便地實現(xiàn)不同端口設備之間的數(shù)據(jù)通信,USB—CAN的轉換速率可以達到1Mb/s。如果現(xiàn)場條件要求速率較高且適應性要求較強,可采用雙CPU、加數(shù)據(jù)緩沖區(qū)RAM等措施來完善電路。這樣無形中增加了硬件電路的復雜性和軟件設計的邏輯性。參考