CAN/RS232接口卡的設計及實(shí)現方法

控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，CAN)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，其總線(xiàn)規范已被ISO國際標準化組織制定為國際標準，并被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通信。因為CAN總線(xiàn)數據的傳輸和處理都由節點(diǎn)的單片機完成。這樣就使設計者和觀(guān)察者沒(méi)有辦法以比較直觀(guān)的方式掌握總線(xiàn)的運行情況。

現在市場(chǎng)上主要有兩種CAN的接口卡，使用PCI總線(xiàn)和使用USB接口。前者具有傳輸速度快的特點(diǎn)，但卻要占用一個(gè)計算機的插槽，并且設計上十分困難；后者的傳輸速度也很快，且價(jià)格較便宜，但要花費很大的精力進(jìn)行USB的固件開(kāi)發(fā)和維護，并要編寫(xiě)復雜的驅動(dòng)程序。根據此，需要設計一種能夠方便讀取CAN總線(xiàn)數據，并通過(guò)RS 232串行口將數據送給PC機處理和顯示的接口卡；此外還需對其串行傳輸的協(xié)議進(jìn)行加強，以使能有效地降低傳輸過(guò)程中出現的錯誤。

　　1 接口卡的硬件設計

　　硬件部分主要包括主控制器、CAN總線(xiàn)控制器、CAN總線(xiàn)收發(fā)器以及與計算機的RS 232通信接口芯片等。系統的總體結構如圖1所示。主控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)接口接收和緩存數據。根據PC機的命令進(jìn)行選擇性的數據傳輸。

　　1．1 與CAN總線(xiàn)接口

　　如圖2所示，接口卡的控制器選用Atmel公司的AT89S51，該單片機的引腳和功能與8051兼容，并且內部含有4 KB的FLASH ROM，支持在系統編程(ISP)，這樣可以很方便地將應用程序下載到單片機里。

　　CAN總線(xiàn)控制器選用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000，該芯片是PCA82C200CAN控制器的替代品，而且新增加了一種PeliCAN工作模式，能夠支持CAN 2．0B協(xié)議。它還支持錯誤中斷、報警限制、驗收濾波器擴展和自接收請求等功能。在系統中，將SJA1000的中斷輸出引腳INT接到單片機的中斷輸入引腳，這樣可以在接收數據或者總線(xiàn)錯誤時(shí)產(chǎn)生中斷，由控制器進(jìn)行相應的處理。SJA1000的片選CS端接單片機的P2．7引腳，這樣SJA1000的地址就確定為7F00H～7FFFH。

　　選用芯片82C250作為CAN控制器和物理總線(xiàn)間的驅動(dòng)接口，可以提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力和對CAN控制器的差動(dòng)接收能力，其最高速可達1 Mb／s。由于實(shí)際系統中存在干擾，故增加高速光隔6N137，以起到隔離的作用。電氣接口很簡(jiǎn)單，有CANH和CANL兩根線(xiàn)，用以完成CAN的數據傳輸。在CAN總線(xiàn)的兩端有一個(gè)120Ω的電阻，其作用為匹配總線(xiàn)阻抗，用于提高數據通信的抗干擾性及可靠性。具體電路如圖2所示。

　　1．2 與RS 232接口

　　RS 232標準是美國電子工業(yè)聯(lián)合會(huì )(EIA)制定的一種串行物理接口標準，它適合于數據傳輸率在O～20 000 b／s范圍內的通信，目前廣泛用于計算機與終端或外設之間的近端連接。實(shí)際工作時(shí)，應保證電平在5～15V之間。所以為了與單片機進(jìn)行通信。必須對其電平進(jìn)行轉換?，F在常用的轉換芯片是MAX232。MAX232內部有電壓倍增電路和轉換電路，只需5V電源便可實(shí)現TTL電平與RS 232電平的轉換，使用十分方便。串口接口電路如圖3所示。

　　2 接口卡的軟件設計

　　2．1 RS 232接口軟件設計

　　單片機與PC端的數據通信需要設計一個(gè)通信協(xié)議，采用同步通信方式進(jìn)行。將通信協(xié)議分成命令幀、應答幀和數據幀三種格式。每種幀都包含有起始字節、數據長(cháng)度、校驗字節和幀結束字節。具體格式如圖4所示。