usb-can適配器設(shè)計(jì)

1、1基于基于USBUSB的CANCAN總線適配器設(shè)計(jì)總線適配器設(shè)計(jì)07自動(dòng)化4班梁海森（200730460411）鄺巨泉（200730460409）1、摘、摘要隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)外設(shè)接口技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線與計(jì)算機(jī)快速有效的連接又有了更多的方案USB作為一種新型的接口技術(shù)，以其簡(jiǎn)單易用、速度快等特點(diǎn)而備受青睞。本文簡(jiǎn)要提出了USB接口與CAN總線連接方案論述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成固件開(kāi)發(fā)和驅(qū)動(dòng)程序等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線USBCAN總線2、

2、引、引言現(xiàn)場(chǎng)總線作為二十世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)已有了廣泛的應(yīng)用。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理在現(xiàn)代工業(yè)控制中已成為必不可少的部分。這要求我們?cè)O(shè)計(jì)的接口簡(jiǎn)單靈活且具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。如何將其與PC機(jī)安全可靠低成本的互連是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的外設(shè)與主機(jī)的通信接口難以滿足上述要求。這些接口一般采用PCI總線或RS23

3、2串行總線。PCI總線雖然有很高的傳輸率（可達(dá)132Mbps），但是它們的擴(kuò)充槽相當(dāng)有限，且設(shè)計(jì)復(fù)雜。RS232串行總線連接方便，可是它的帶寬非常有限，傳輸速度慢。USB技術(shù)正是順應(yīng)這一要求提出的一種快速的，雙向的，同步傳輸?shù)牧畠r(jià)的并可以進(jìn)行熱插拔的通用串行總線。它還提供了內(nèi)置電源可向低壓設(shè)備提供5伏的電源。正是由于USB的這些特點(diǎn)，使其獲得了廣泛的應(yīng)用。CAN總線是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)具有卓越的特性

4、和極高的可靠性，特別適合工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連，被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備總線之一。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)適配器可以將CAN總線數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口迅速轉(zhuǎn)送到PC機(jī)進(jìn)行處理分析也可以通過(guò)它向CAN節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)或命令以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊。3、硬件電路的設(shè)計(jì)、硬件電路的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由AT89C52控制電路、USB接口電路、CAN總線電路、掛起復(fù)位電路、光電隔離電路等組成，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要部件結(jié)構(gòu)圖如下:33.2CAN總線在本

5、系統(tǒng)中，CAN控制器采用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000，它作為一個(gè)發(fā)送、接受緩沖器，實(shí)現(xiàn)主控制器和總線之間的數(shù)據(jù)傳輸CAN收發(fā)器采用TJA1050芯片，它是CAN控制器和物理總線的接口，主要可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接受能力。在CAN總線結(jié)構(gòu)中總線的兩端還要配置兩個(gè)120Ω的電阻，其作用是總線匹配阻抗，可以增加總線傳輸?shù)姆€(wěn)定性和抗干擾能力，減少數(shù)據(jù)傳輸中的出錯(cuò)率。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力SJA1

6、000的TXO和RX0可通過(guò)高速光耦6N137與TJA1050相連這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各節(jié)點(diǎn)的電氣隔離。光耦部分電源與CAN_V必須用小功率電源隔離模塊進(jìn)行隔離這樣就提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。3.3USB接口本設(shè)計(jì)中的PDIUSBD12是一個(gè)性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過(guò)高速通用并行接口進(jìn)行通信。PDIUSBD12與MCU的接口有2種方式：多路地址數(shù)據(jù)總線方式、單地址數(shù)據(jù)總線方式。在這個(gè)系統(tǒng)中我們

7、采用的是前一種方式：使用了AT89C52的INT0、ALE、WR、RD和P0口，A0腳接地當(dāng)PDIUSBD12接收到主機(jī)的有效信息時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷通知89C52進(jìn)行處理。若單片機(jī)的輸出地址為奇數(shù)，則表示對(duì)PDIUSBD12發(fā)送指令若輸出地址為偶數(shù)，則表示對(duì)PDIUSBD12進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。AT89C52將數(shù)據(jù)經(jīng)PDIUSBD12的并行接口送入FIFO存儲(chǔ)器。對(duì)一個(gè)單片機(jī)而言，PDIUSBD12看起來(lái)就像1個(gè)帶8位數(shù)據(jù)總線和1個(gè)地址位的存

8、儲(chǔ)器件。控制CLKOUT時(shí)鐘輸出為SJA1000提供時(shí)鐘輸入。由于在USB的信號(hào)傳遞過(guò)程中會(huì)摻雜進(jìn)瞬間的高壓噪聲，這些噪聲對(duì)USB口的收發(fā)電路將產(chǎn)生致命的危害，因此需要對(duì)這些噪聲電壓進(jìn)行抑制。在USB接口電路中使用了SN75240它可以對(duì)USB接口中的不正常電壓進(jìn)行有效的抑制，以保證硬件設(shè)備的安全。4、微控制器的固件編程、微控制器的固件編程4.1CAN總線的軟件設(shè)計(jì)CAN總線的三層結(jié)構(gòu)模型為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。其中物理層和數(shù)據(jù)

9、鏈路層的功能由SJA1000完成，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要在應(yīng)用層軟件的設(shè)計(jì)上，它主要由三個(gè)子程序：初始化子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)程序。同時(shí)，還包括一些數(shù)據(jù)溢出中斷以及幀出錯(cuò)的處理。SJA1000在上電硬件復(fù)位之后，必須對(duì)其進(jìn)行軟件初始化之后才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，初始化過(guò)程主要包括對(duì)其復(fù)位模式下配置時(shí)鐘分頻寄存器CDR、總線定時(shí)寄存器BTR0和BTR1、驗(yàn)收代碼寄存器ACR、驗(yàn)收屏蔽寄存器AMR及輸出控制寄存器OCR等，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的速率、驗(yàn)收屏蔽