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USB-CAN-RS232总线转换电路设计及实现

日期:2019-12-08 01:34
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摘要:
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,并并且携带方便,实用性很强。 

2 各种总线的特点 

2.1 CAN(Controller Area Netwrok) 

    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(*高达1Mb/s),较远的通信距离(*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*为广泛,一些杰出的汽车制造厂商如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。
2.2 USB(Universal Serial Bus) 

     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等公司共同提出,他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。 
4)USB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 

3.1 SJA1000型CAN总线控制器 

    SJA1000是Philips公司早期PCA82C200型CAN控制器的代替品,功能更强,具有如下特点: 

     完成兼容PCA82C200及其工作模式即BASICCAN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24M赫兹; 
     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摄氏度~+125摄氏度)。 

     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DSP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*终被写入RXB或RXFIFO中,RXFIFO*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DSP和IML进行错误统计。 
3.2 USBN9603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的稳定电源、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。