usb-can適配器設計

1、1基于基于USBUSB的CANCAN總線適配器設計總線適配器設計07自動化4班梁海森（200730460411）鄺巨泉（200730460409）1、摘、摘要隨著現(xiàn)場總線技術和計算機外設接口技術的發(fā)展現(xiàn)場總線與計算機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，以其簡單易用、速度快等特點而備受青睞。本文簡要提出了USB接口與CAN總線連接方案論述了系統(tǒng)的硬件構成固件開發(fā)和驅動程序等內(nèi)容。關鍵詞：現(xiàn)場總線USBCAN總線2、

2、引、引言現(xiàn)場總線作為二十世紀80年代發(fā)展起來的新興技術，在工業(yè)現(xiàn)場已有了廣泛的應用。隨著信息技術的飛速發(fā)展，各種數(shù)據(jù)的實時采集和處理在現(xiàn)代工業(yè)控制中已成為必不可少的部分。這要求我們設計的接口簡單靈活且具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率。現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡。如何將其與PC機安全可靠低成本的互連是一個亟待解決的問題。傳統(tǒng)的外設與主機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132Mbps），但是它們的擴充槽相當有限，且設計復雜。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技術正是順應這一要求提出的一種快速的，雙向的，同步傳輸?shù)牧畠r的并可以進行熱插拔的通用串行總線。它還提供了內(nèi)置電源可向低壓設備提供5伏的電源。正是由于USB的這些特點，使其獲得了廣泛的應用。CAN總線是現(xiàn)場總線的一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡具有卓越的特性

4、和極高的可靠性，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連，被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場設備總線之一。整個系統(tǒng)設計目的就是設計一個適配器可以將CAN總線數(shù)據(jù)通過USB接口迅速轉送到PC機進行處理分析也可以通過它向CAN節(jié)點傳送數(shù)據(jù)或命令以實現(xiàn)計算機與現(xiàn)場設備的通訊。3、硬件電路的設計、硬件電路的設計該系統(tǒng)主要由AT89C52控制電路、USB接口電路、CAN總線電路、掛起復位電路、光電隔離電路等組成，本設計系統(tǒng)主要部件結構圖如下: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，它作為一個發(fā)送、接受緩沖器，實現(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，主要可以提供對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接受能力。在CAN總線結構中總線的兩端還要配置兩個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)傳輸中的出錯率。為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力SJA1

6、000的TXO和RX0可通過高速光耦6N137與TJA1050相連這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各節(jié)點的電氣隔離。光耦部分電源與CAN_V必須用小功率電源隔離模塊進行隔離這樣就提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。3.3USB接口本設計中的PDIUSBD12是一個性能優(yōu)化的USB器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用并行接口進行通信。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PDIUSBD12接收到主機的有效信息時，會產(chǎn)生一個中斷通知89C52進行處理。若單片機的輸出地址為奇數(shù)，則表示對PDIUSBD12發(fā)送指令若輸出地址為偶數(shù)，則表示對PDIUSBD12進行數(shù)據(jù)傳輸。AT89C52將數(shù)據(jù)經(jīng)PDIUSBD12的并行接口送入FIFO存儲器。對一個單片機而言，PDIUSBD12看起來就像1個帶8位數(shù)據(jù)總線和1個地址位的存

8、儲器件?？刂艭LKOUT時鐘輸出為SJA1000提供時鐘輸入。由于在USB的信號傳遞過程中會摻雜進瞬間的高壓噪聲，這些噪聲對USB口的收發(fā)電路將產(chǎn)生致命的危害，因此需要對這些噪聲電壓進行抑制。在USB接口電路中使用了SN75240它可以對USB接口中的不正常電壓進行有效的抑制，以保證硬件設備的安全。4、微控制器的固件編程、微控制器的固件編程4.1CAN總線的軟件設計CAN總線的三層結構模型為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。其中物理層和數(shù)據(jù)

9、鏈路層的功能由SJA1000完成，系統(tǒng)的開發(fā)主要在應用層軟件的設計上，它主要由三個子程序：初始化子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)程序。同時，還包括一些數(shù)據(jù)溢出中斷以及幀出錯的處理。SJA1000在上電硬件復位之后，必須對其進行軟件初始化之后才可以進行數(shù)據(jù)通訊，初始化過程主要包括對其復位模式下配置時鐘分頻寄存器CDR、總線定時寄存器BTR0和BTR1、驗收代碼寄存器ACR、驗收屏蔽寄存器AMR及輸出控制寄存器OCR等，實現(xiàn)對總線的速率、驗收屏蔽