基于LPC2119的USB-CAN轉換器的設計方案

通用串行總線(xiàn)(USB)作為一種協(xié)議規范，是以Intel為首的7家計算機及通信產(chǎn)業(yè)廠(chǎng)商公司于1994年11月共同提出，其除具有使用方便(即插即用)、功耗低、數據傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)外，還具有軟硬件支持廣泛、功耗低、硬件結構標準化和總線(xiàn)拓撲結構完備等特點(diǎn)。目前在以計算機為上位機的應用領(lǐng)域，都首選USB口作為計算機與外設的接口。由于CAN總線(xiàn)具有可靠性高、功能完善、成本合理、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各個(gè)自動(dòng)化控制系統中，例如汽車(chē)電子、工業(yè)控制、智能大廈、安防監控、環(huán)境控制等。目前CAN總線(xiàn)是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

為了更好的將USB的通用性和CAN的專(zhuān)業(yè)性結合起來(lái)，通過(guò)計算機的USB接口接入CAN專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現系統控制的便利性和應用的高效性，本文講述了一種基于ARM7處理器實(shí)現USB接口與CAN總線(xiàn)的實(shí)例，通過(guò)其可以在PC實(shí)現對CAN總線(xiàn)上設備的監控。

1 硬件系統設計

1．1 處理器簡(jiǎn)介及其外圍電路設計

主控制器選用NXP公司的ARM7核處理器LPC2119。LPC2119是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-STM CPU，并帶有128 KB嵌入的高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過(guò)30％，而性能的損失卻很小。實(shí)行流水線(xiàn)作業(yè)，提供Embedded ICE邏輯，支持片上斷點(diǎn)和調試點(diǎn)，具有先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)和調試環(huán)境。LPC2119具有非常小的64腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標準UART、高速I(mǎi)2C接口(400 kHz)和2個(gè)SPI接口，46個(gè)GPIO以及多達9個(gè)外部中斷，特別適用于汽車(chē)、工業(yè)控制應用以及醫療系統和容錯維護總線(xiàn)。

LPC2119內部集成2個(gè)CAN控制器，每一個(gè)CAN控制器都與獨立CAN控制器SJA1000有著(zhù)相似的寄存器結構。它的主要特性有：?jiǎn)蝹€(gè)總線(xiàn)上的數據傳輸速率高達1 Mb／s；32位寄存器和RAM訪(fǎng)問(wèn)；兼容CAN2．0B，ISO11898-1規范；全局驗收濾波器可以識別所有的11位和29位標識符；驗收濾波器為選擇的標準標識符提供Full CAN-style自動(dòng)接收。圖1所示為L(cháng)PC2119外圍電路，為保證可靠復位，采用外部復位電路STM809。

圖1 LPC2119外圍電路

1．2 USB接口電路設計

USB接口采用沁恒電子的CH375。CH375是一個(gè)USB總線(xiàn)的通用接口芯片，支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE／SLAVE設備方式。在本地端，CH375具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機／DSP／MCU／MPU等控制器的系統總線(xiàn)上。CH375提供了串行通信方式，通過(guò)串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機／DSP／MCU／MPU等相連接。圖2所示為CH375的接口電路。

圖2 USB接口電路

1．3 CAN總線(xiàn)接口電路設計

CAN總線(xiàn)收發(fā)器采用82C250，并選用6N137作隔離，LPC2119的TD和RD引腳不是直接與82C250的TX、RX引腳相連，而是通過(guò)高速光耦6N137與82C250相連，這樣可增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，從而實(shí)現總線(xiàn)各節點(diǎn)間電氣隔離。高速光耦6N137用于保護LPC2119內部CAN總線(xiàn)控制器，該光耦兩側采用5 V的DC-DC電源，可使器件的VCC與VCC1完全隔離，提高系統的抗干擾能力以及節點(diǎn)的穩定性和安全性。圖3所示為L(cháng)PC2 119與CAN驅動(dòng)器82C250的連接電路。DC-DC電源模塊采用B0505LS-2W，電路在圖4中所示。

圖3 CAN驅動(dòng)器82C250的連接電路

圖4 DC-DC隔離電路

1．4 系統電源設計

整個(gè)電路的電源由USB供電，由于LPC2119的IO電路電源要求為3．3 V，內核電路電源要求為1．8 V，在本應用中采用兩片低壓差線(xiàn)性溫壓器(LDO)1117為系統供電，如圖4所示。

1．5 系統PCB設計

整個(gè)系統的PCB采用雙面板方式設計，大小為100×120，布局及外形如圖5所示。

圖5 布局及外形

2 固件設計

本系統軟件設計時(shí)采用μVision3 IDE，μVision3IDE是一個(gè)窗口化的軟件開(kāi)發(fā)平臺，它集成了功能強大的編輯器、工程管理器以及各種編譯工具(包括C編譯器、宏匯編器、鏈接／裝載器和16進(jìn)制文件轉換器)，通過(guò)ULINK仿真調試。程序框架采用傳統的前后臺方式。CAN控制器驅動(dòng)程序包括4部分內容：CAN控制器的初始化、報文的接收、報文的發(fā)送和總線(xiàn)異常處理。由于LPC2119沒(méi)有開(kāi)發(fā)內部讀寫(xiě)總線(xiàn)，本設計在對CH375操作時(shí)使用通用I／O模擬并口讀寫(xiě)時(shí)序，其端口定義方式如下：

程序在使用通用I／O模擬并口讀寫(xiě)時(shí)序對CH375的基本操作包括CPU端口初始化、向CH375寫(xiě)命令、向CH375寫(xiě)數據、從CH375讀數據，其實(shí)現過(guò)程包含：初始化void CH375_PORT_INIT()；向CH375寫(xiě)命令void xWriteCH375Cmd(uint8 mCmd)；向CH375寫(xiě)數據void xWrite CH375 Data(uint8 mData)；從CH375讀數據uint8 xReadCH375Data(void)等4個(gè)基本函數。

3 結語(yǔ)

本系統設計采用內置CAN控制器的LPC2119作為主控制器，CH375作為USB接口芯片，實(shí)現USBCAN轉換器，論述了LPC2119的外圍電路、CAN總線(xiàn)驅動(dòng)電路以及LPC2119與CH375之間的接口連接，并在軟件給出LPC2119使用通用I／O模擬并口讀寫(xiě)時(shí)序的方法，對LPC2119，CH375及CAN總線(xiàn)的實(shí)際應用具有一定的參考價(jià)值。