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基于USB的CAN總線適配器設(shè)計
摘要：提出一種使用USB接口實現(xiàn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)與計算機連接的方案。討論了CAN總線與計算機之間的硬件接口電路，同時分析了固件編程方法及USB驅(qū)動程序設(shè)計思路。關(guān)鍵詞：USB CAN總線 固件編程 適配器
現(xiàn)場總線作為二十世紀80年代發(fā)展起來的新興技術(shù)，在工業(yè)現(xiàn)場已有了廣泛的應(yīng)用。在比較有影響力的幾種現(xiàn)場總線中，CAN總線以其突出的優(yōu)點不僅大量應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，而且在樓宇自動化、智能終端設(shè)備等民用領(lǐng)域也有了長足的發(fā)展。
現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實現(xiàn)需要與計算機相結(jié)合。以往CAN總線網(wǎng)絡(luò)與計算機的連接采用RS232、ISA或PCI接口。但是隨著計算機接口技術(shù)的發(fā)展，ISA接口已經(jīng)逐漸被淘汰；RS232接口數(shù)據(jù)傳輸率太低；PCI雖然仍是高速外設(shè)與計算機接口的主要渠道，但其主要缺點是占用有限的系統(tǒng)資源、設(shè)計復(fù)雜、需有高質(zhì)量的驅(qū)動程序保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，且無法用于便攜式計算機的擴展。隨著USB1.1、USB2.0規(guī)范的相繼制定，為外設(shè)與計算機的接口提出了新的發(fā)展方向。USB的主要特點有：外設(shè)安裝簡單，可實現(xiàn)熱插撥；通訊速率高，USB1.1全速傳送速率為12Mbps，與標準串行端口相比，大約快100倍；支持多設(shè)備連接；提供內(nèi)置電源。
本文給出一種在Windows2000下使用USB1.1協(xié)議實現(xiàn)CAN總線適配器的設(shè)計方法。整個設(shè)計主要開發(fā)適配器的固件及計算機的驅(qū)動程序、應(yīng)用程序，以達到用USB接口連接現(xiàn)場CAN總線網(wǎng)絡(luò)的目的。
圖1
1 適配器硬件接口設(shè)計
適配器硬件電路由微控制器、CAN總線接口、USB總線接口和DC-DC隔離電源模塊等組成。原理框圖如圖1所示。
微控制器P89C51RD2是Philips公司生產(chǎn)的增強型MCS-51兼容單片機，片內(nèi)集成64KB閃存和1KB擴展RAM，雙數(shù)據(jù)指針，4級中斷優(yōu)先級，7個中斷源，內(nèi)置看門狗，可編程時鐘輸出，在6時鐘模式下工作，速度是標準51單片機的兩倍。此時外部最高頻率可達20MHz。在高速、大程序容量、中小規(guī)模數(shù)據(jù)處理場合是一款非常理想的單片機型。
CAN總線接口使用Philips公司的獨立CAN總線控制器SJA1000，并由光耦6N136進行總線隔離。SJA1000是一種獨立控制器，用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制，符合CAN2.0A和2.0B規(guī)范，最高速率可在達1Mbps。CAN總線收發(fā)器采用PCA82C250。
PDIUSBD12是Philips公司推出的全速USB接口器件，完全兼容USB1.1規(guī)范。圖1中D+引腳信號電平通過器件SoftConnect命令內(nèi)部上拉，從而向主機表示為一個全速設(shè)備。EOT引腳自動檢測USB接口的VBUS電壓以確定USB電纜是否連接到了主機。SUSPEND是雙向引腳，用以向微控制器指示器件是否掛起。當有USB總線事件發(fā)生時，引腳向微控制器發(fā)出中斷信號。PDIUSBD12支持總線復(fù)用和非復(fù)用兩種并行接口模式，以方便連接不同類型的微控制器。圖1中采用總線復(fù)用方式，當用奇數(shù)地址訪問PDIUSBD12時被認為是命令
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