USBCANRS232总线转换电路设计及实现概要.docx
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USBCANRS232总线转换电路设计及实现概要
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[6]任丽香,马淑芬,李方慧.TMS320C6000系列DSPs
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电子工业出版社,2000.[7]TMS320C6000DSPExternalMemoryInterface（EMIFReferenceGuide[Z].TexasInstruments,2005.
[8]周霖.DSP算法设计与系统方案[M].北京:
国防工
业出版社,2004.
作者简介:
王建平（1955-,男,河北藁城人,合肥工业大学教授,主要研究方向是智能测控技术、数字图像处理与识别。
季学锋（1982-,男,江西永修人,合肥工业大学硕士生。
收稿日期:
2005-11-15
咨询编号:
060607
●应用与设计
1引言
随着电子设备的大量出现及针对各种控制系统的实际需求,各种通信网络相继产生。
由于它们的总线结构、通信协议及传输特点各不相同,给不同设备之间的连接带来很多麻烦,因而急需各种总线之间的转换装置。
目前较流行的现场通信网络有RS-232、RS422/485、HART、Profield、Dupline、CAN和LonWorks等,本文阐述了一种USB—CAN-RS232三总线转换装置。
电路设计简单新颖,并且携带方便,实用性很强。
2各种总线的特点
2.1CAN（ControllerAreaNetwork
CAN是控制器局域网络,属于工业现场总线的范畴。
与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,具有较高的通信速率（最高达1Mb/s,较远的通信距离（最远达10km,良好的抗电磁干扰能力,而且采用总线仲裁技术,通信方式灵活,越来越受到人们的重视。
它在汽车领域的应用最为广泛,一些著名的汽车制造厂商如BENZ（奔驰、BMW（宝马、PORSCHE（保时捷、ROLLS-ROYCE（劳斯莱斯和JAGUAR（美洲豹等都采用CAN总线实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
2.2USB（UniversalSerialBus
USB即“通用串行总线”,是一种应用在PC中的表型总线,由Intel、Microsoft、NEC等公司共同提
USB-CAN-RS232总线转换电路设计及实现
吴志伟,丁铂
（西安科技大学机械工程学院,陕西西安710054
摘要:
阐述3总线转换电路的简单结构和实用功能。
在设计中,应用了Maxim公司的MAX232型电平转换器、Philips公司的SJA1000型CAN总线控制器以及NationalSemiconductor公司的US-BN9603型接口等器件,并提出了适应实际需要的完善方案。
关键词:
总线;单片机;MAX232;SJA1000;USBN9603
中图分类号:
TP336文献标识码:
A文章编号:
1006-6977（200606-0031-04DesignandimplementofUSB-CAN-RS232busconvertioncircuit
WUZhi-wei,DINGBo
Abstract:
Inthispaper,athree-busconversiondeviceisdiscussed.Thedeviceissimpleinconstruc-tionandstronginfunction.TheMAX232,SJA1000andUSBN9603producedcorrespondinglybyMax-im,PhilipsandNationalSemiconductorarespecificallyappliedindesign,andaconsummateprojectadaptedtoactualapplicationisgiven.
Keywords:
bus;single-chipmicrocomputer;MAX232;SJA1000;USBN9603"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
出。
它是一种新型的外接串联口,提出该规格的厂商希望用USB取代现有的外接设备接口,它还具备连接单一化、软件自动侦测以及热插拔（即插即用的功能。
USB具有以下特点:
（1数据传输速率高。
USB高速:
480Mb/s;USB全速:
12Mb/s;USB低速:
1.5Mb/s。
（2数据传输可靠。
USB事务处理包括错误检测机制,可以确保数据无错误发送。
在发生错误时,事务处理可以重新进行。
（3同时挂接多个USB设备。
每个USB总线支持127个设备的连接。
（4USB接口能为设备供电。
当外界电源要求电
压为5V且电流小于500mA时,可以直接从USB总线获取电源,这样,USB设备无需专用电源线,从而降低了设备成本。
（5支持热插拔。
USB实现了真正的“即插即用”功能,设备连接后由USB自检测,并且由软件自动配置,完成后立刻就能使用,不需要用户进行干涉。
3器件特性
3.1SJA1000型CAN总线控制器
SJA1000是Philips公司早期PCA82C200型CAN控制器的替代品,功能更强,具有如下特点:
●完全兼容PCA82C200及其工作模式即BAS-ICCAN模式;
●具有扩展的接收缓冲器,64字节的FIFO结构;
●支持CAN2.0B;
●支持11位和29位识别码;
●位速率可达1Mbit/s;
●时钟频率高达24MHz;
●支持与不同微处理器的接口;
●可编程的CAN输出驱动配置;
●工作温度范围宽（-40℃~+125℃。
SJA1000的引脚排列如图1所示,其内部主要由接口管理逻辑IML、信息缓冲器（含发送缓冲器TXB和接收缓冲器RXFIFO、位流处理器BSP、接收过滤器ASP、位时序处理逻辑BTL、错误管理逻辑EML、内部振荡器及复位电路等构成。
IML接收来自CPU的命令,控制CAN寄存器的寻址并向控制提供中断信息及状态信息。
CPU的控制经IML把要发送的数据写入TXB,TXB中的数据由BSP处理后经BTL输出到CANBUS。
BTL始终监视CANBUS,当检测到有效的信息头“隐性电平-控制电平”的转换时启动接收过程,接收的信息首先要由位流处理器BSP处理,并由ASP过滤,只有当接收的信息的识别码与ASP检验相符时,接收信息才最终被写入RXB或RXFIFO中。
RXFIFO最多可以缓存64字节的数据,该数据可被CPU读取。
EML负责传递层中调制器的错误管制,它接收BSP的出错报告,促使BSP和IML进行错误统计。
3.2USBN9603型USB接口电路
USBN9603的引脚排列如图2所示,它是标准的USB接口电路,符合USB1.0和USB1.1协议。
USBN9603集成了3.3V的稳压电源、串行接口引擎SIE、多个USB端点缓冲FIFO、1个8位并行微处理
器接口和
1个时钟源。
USBN9603的性能如下:
低电流,低功耗,外接24MHz晶体振荡器;
增强型的DMA机制支持数据快速自动传输;
集成了64B的双向FIFO存储器;
图1SJA1000的引脚排列
图2USBN9603的引脚排列
图4
程序流程
外处理器接口模式可由软件控制;
支持24MHz晶体振荡器和内部48MHz时钟产生电路;
时钟频率可由软件控制;
8位并行接口有两种可选模式,包括地址/数据
复用型和非地址/数据复用型;
接收和发送端的缓冲为64B;
4
硬件设计
电路中使用的微处理器是ATMEL公司生产
的AT89C51型单片机,硬件连接如图3所示,US-
BN9603的CLKOUT与AT89C51的XTAL1相连,USBN9603的时钟输出为AT89C51提供时钟输入。
AT89C51通过并行地址/数据复用的方式访问US-BN9603,AT89C51的P2.0通过74HC14反向后片
选USBN9603,其地址为0x100—0x1FF。
选用
SJA1000作为CAN微控制器,SJA1000集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对
通信数据的帧处理,其地址为0x000—0x0FF。
AT82C50作为CAN控制器和物理总线之间的接口,用于提供总线的差动发送能力和CAN控制器差动接收能力。
通过AT82C50的引脚3可选择3种不同的工作方式（高速、斜率控制和待机。
该引脚接地为高速方式,高速光耦隔离用6N137实现,
其作用是防止串入信号的干扰。
MAX232用来完成
RS232电平到微控制器接口电路的TTL电平转换,
同时还可进行一些总线端口的工作参数设置。
5
软件设计
在微控制器的控制下,各总线之间进行数据交
换,微控制器先对各个总线工作参数进行初始化,设置好时钟、寄存器、波特率,并选择合适的中断方式。
对于SJA1000,主要指对控制寄存器CR、验收码寄存器ACR、验收屏蔽寄存器AMR、时钟分频寄存器CDR、总线定时寄存器BTR0、总线定时器
BRT1等的设置。
USB的传输方式有4种:
控制传
输、块传输、同步传输和中断传输。
本设计中使用了控制传输和块传输。
USBN9603的内部寄存器和
FIFO缓冲区分别对每个端点进行控制,当接到主机发来的IN标记包时,发送端点应自动向上发送数据。
如果没有数据发送,则回应NAK（Negative
Acknowledegment握手包。
其主程序流程如图4所
示。
在设计软件时,一定要正确选择需要传输数据的2种总线,可以用软件或硬件进行选择。
6
结束语
这种3总线转换器可方便地实现不同端口设
备之间的数据通信,USB—CAN的转换速率可以达到1Mb/s。
如果现场条件要求速率较高且适应性要求较强,可采用双CPU、
加数据缓冲区RAM等措施来完善电路。
这样无形中增加了硬件电路的复杂性和软件设计的逻辑性。
参考文献:
[1]史久根,张培仁,陈真勇.现场总线系统设计技术[M].北京:
国防工业出版社,2002.
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西安电子科技大学出版社,2005.
[3]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2002.
[4]杨文龙.单片机原理及应用[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2003.
收稿日期:
2005-11-08
咨询编号:
060608
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