USB转CAN总线智能节点设计.docVIP

USB转CAN总线智能节点设计摘要: 提出一种USB总线转CAN总线的接口方案。其中主要论述其硬件电路、软件编写及驱动软件。该方案选用单片机加独立CAN总线控制器的模式实现不同总线间的数据通讯,此方案在电路小型化和电路可靠性等方面有独特优势,实现USB接口与工业现场中的CAN总线网络相互通信,拓展CAN总线应用范围,具有一定的市场前景。 关键词: USB;CAN;数据通讯;单片机 1 绪论 在当今时代,信息技术飞速发展,各类信息采集系统、数据处理系统、智能终端等自动化装置在产品和工业现场的大规模应用,如何解决数据向上位机的传输以及自动化装置之间数据的高速、可靠、及时的传输成为一个值得不断深入研究的问题。现场总线正式在这样的背景下应运而生的。CAN是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称,是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的,并最终成为国际标准。是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。 随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展,工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支,并取得了巨大进步。典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线(FIELDBUS)能同时满足过程控制和制造业自动化的需要,因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准,但现场总线的高性能价格必将吸引众多工业控制系统采用。同时,正由于现场总线的标准尚未统一,也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥,并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。它是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网,由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局域网将在中国迅速普及推广。 2 主控单片机方案 本设计的目的是设计一个成本低,结构简单、性能稳定的USB转CAN BUS接口适配器。可以满足现场设备与计算机之间高速、可靠、稳定的通讯。本方案由主要由MCU及USB控制模块、CAN模块组成。从装置微、小型化和电路可靠性方面考虑,选择带有USB功能的MCU,然后可以直接构成与上位机通讯的物理层的连接。目前市面上常见的带有USB模块的MCU芯片有Silicon Laboratories公司的C8051F家族中的C8051F3X系列,CYPRESS公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C6系列和CY8C24X94,还有Microchips公司的PIC18F14K50、PIC16C765等。CAN控制器有NXP公司的SJA1000,Microchip的MCP2515,Philips公司的PCA82C200。CAN收发器方面有通用型收发器CTM8251,PCA82C250 /251,高速CAN收发器TJA1040/1050,高速CAN收发器TJA1041,容错CAN收发器TJA1054,单线CAN收发器AU5790。 从MCU的处理能力、内部硬件资源、芯片面积、外围电路、主芯片价格等多方面综合考虑,本案主控制器采用Silicon C8051F340全速USB FLASH微控制内核。CAN的节点模块,选用CAN独立控制器+集成CAN收发器方案,CAN独立控制器为SJA1000。CAN节点集成收发器选用CTM8251A芯片,该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件。硬件电路主要包括了有MCU与USB控制模块、CAN节点模块、电源支持电路及其它电路几部分。 3 软件关键点设计 设计的样品电路板如图1所示,其正常工作的软件整体结构主要包括:1)F340 I/O口模拟SJA1000的Intel模式读写时序;2)CAN BUS编程设计;3)USB BUS软件设计三部分。整个的过程中,上位机发送信息时,MCU通过USB接口读入上位机USB接口发送数据,然后存入缓存器中。然后,在软件中的写SJA1000子程序调用这个数据后对SJA1000进行写操作,SJA1000自动以CAN的报文之形式发到CAN收发器CTM8251,后者将CAN报文的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平,发送到CAN总线上。上位机接收数据时,先是从CAN总线上的CTM8251接收到数据将CAN总线的差分电平转化为SJA1000的控制电平后,经SJA1000的验收代码滤波后,产生中断并存到接收缓冲寄存器中。MCU接收到SJA1000的中断后,从SJA1000的缓冲寄存器中,读取数据,通过软件传给USB发送函数,发送到上位机。由于SJA1000是典型的51的地址/数据总线复用结构,而C8