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USB-CAN-RS232總線轉(zhuǎn)換電路設(shè)計及實現(xiàn)
日期：2024-10-08 06:57
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摘要：
1 引言
隨著電子設(shè)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(luò)相繼產(chǎn)生。由于它們的總線結(jié)構(gòu)，通信協(xié)議及傳輸特點各不相同，給不同設(shè)備之間的連接帶來很多麻煩，因而急需各種總線之間的轉(zhuǎn)換裝置。目前較流行的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換裝置，電路設(shè)計簡單新穎，并并且攜帶方便，實用性很強。
2 各種總線的特點
2.1 CAN（Controller Area Netwrok）
CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)，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（*高達(dá)1Mb/s），較遠(yuǎn)的通信距離（*遠(yuǎn)達(dá)10km），良好的抗電磁干擾能力，而且采用總線仲裁技術(shù)，通信方式靈活，越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用*為廣泛，一些有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(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。
2.2 USB（Universal Serial Bus）
USB即"通用串行總線"是一種應(yīng)用在PC中的表型總線，由Intel、Microsoft、NEC等公司共同提出，他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(shè)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(wù)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(wù)處理可以重新進行。
3）同時掛接多個USB設(shè)備，每個USB總線支持127個設(shè)備的連接。
4）USB接口能為設(shè)備供電。當(dāng)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(shè)備無需專用電源線，從而降低了設(shè)備成本。
5）支持熱拔。USB實現(xiàn)了真正的"即插即用"功能，設(shè)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
3.1 SJA1000型CAN總線控制器
SJA1000是Philips公司早期PCA82C200型CAN控制器的代替品，功能更強，具有如下特點：
完成兼容PCA82C200及其工作模式即BASICCAN模式；
具有擴展的接收緩沖器，64字節(jié)的FIFO結(jié)構(gòu)；
支持CAN2.0B；
支持11位和29位識別碼；
位速率可達(dá)1Mbit/s；
時鐘頻率高達(dá)24M赫茲；
支持與不同微處理器的接口；
可編程的CAN輸出驅(qū)動配置；
工作溫度范圍寬（－40攝氏度～＋125攝氏度）。
SJA1000的引腳排列如圖1所示，其內(nèi)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(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)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(jīng)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(jīng)BTL輸出到CANBUS。BTL始終監(jiān)視CANBUS，當(dāng)檢測到有效的信息頭"隱性電平－控制電平"的轉(zhuǎn)換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器DSP處理，并由ASP過濾，只有當(dāng)接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才*終被寫入RXB或RXFIFO中，RXFIFO*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(fù)責(zé)傳遞層中調(diào)制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使DSP和IML進行錯誤統(tǒng)計。
3.2 USBN9603型USB接口電路
隨著電子設(shè)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(luò)相繼產(chǎn)生。由于它們的總線結(jié)構(gòu)，通信協(xié)議及傳輸特點各不相同，給不同設(shè)備之間的連接帶來很多麻煩，因而急需各種總線之間的轉(zhuǎn)換裝置。目前較流行的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換裝置，電路設(shè)計簡單新穎，并并且攜帶方便，實用性很強。
2 各種總線的特點
2.1 CAN（Controller Area Netwrok）
CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)，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（*高達(dá)1Mb/s），較遠(yuǎn)的通信距離（*遠(yuǎn)達(dá)10km），良好的抗電磁干擾能力，而且采用總線仲裁技術(shù)，通信方式靈活，越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用*為廣泛，一些有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(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。
2.2 USB（Universal Serial Bus）
USB即"通用串行總線"是一種應(yīng)用在PC中的表型總線，由Intel、Microsoft、NEC等公司共同提出，他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(shè)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(wù)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(wù)處理可以重新進行。
3）同時掛接多個USB設(shè)備，每個USB總線支持127個設(shè)備的連接。
4）USB接口能為設(shè)備供電。當(dāng)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(shè)備無需專用電源線，從而降低了設(shè)備成本。
5）支持熱拔。USB實現(xiàn)了真正的"即插即用"功能，設(shè)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
3.1 SJA1000型CAN總線控制器
SJA1000是Philips公司早期PCA82C200型CAN控制器的代替品，功能更強，具有如下特點：
完成兼容PCA82C200及其工作模式即BASICCAN模式；
具有擴展的接收緩沖器，64字節(jié)的FIFO結(jié)構(gòu)；
支持CAN2.0B；
支持11位和29位識別碼；
位速率可達(dá)1Mbit/s；
時鐘頻率高達(dá)24M赫茲；
支持與不同微處理器的接口；
可編程的CAN輸出驅(qū)動配置；
工作溫度范圍寬（－40攝氏度～＋125攝氏度）。
SJA1000的引腳排列如圖1所示，其內(nèi)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(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)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(jīng)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(jīng)BTL輸出到CANBUS。BTL始終監(jiān)視CANBUS，當(dāng)檢測到有效的信息頭"隱性電平－控制電平"的轉(zhuǎn)換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器DSP處理，并由ASP過濾，只有當(dāng)接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才*終被寫入RXB或RXFIFO中，RXFIFO*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(fù)責(zé)傳遞層中調(diào)制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使DSP和IML進行錯誤統(tǒng)計。
3.2 USBN9603型USB接口電路
USBN9603的引腳排列如圖2所示，它是標(biāo)準(zhǔn)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)定電源、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。