基于MCP2510和CH375的CAN-USB接口卡設計

摘要本文介紹了MCP2510和CH375的特點(diǎn)，設計了CAN-USB接口卡，并給出了詳細的電路原理圖及軟件流程圖，該卡可適用于各種CAN總線(xiàn)控制系統中。
關(guān)鍵詞MCP2510CH375CAN-USB接口卡設計

1. 引言

CAN以其優(yōu)良的性能，廣泛應用在嵌入式系統中，PC機有豐富的軟件和強大的功能，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò )中，將PC機設計成CAN網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn)，方便數據處理等。

CAN網(wǎng)絡(luò )與PC機的連接可通過(guò)以下幾種方式：1）CAN-RS232接口卡；2）CAN-PCI接口卡；3）CAN-USB接口卡。CAN-RS232接口卡速度太慢，且不支持熱插拔；CAN-PCI接口卡雖然速度快，但不支持熱插拔。而采用CAN-USB接口卡，不但速度快，而且支持熱插拔，并且可以從系統中直接汲取電流而不需要外部供電。

文^[1][2]中所設計的CAN-USB接口卡，均采用SJA1000和PIDUSBD12, SJA1000為并行總線(xiàn)接口，與現在許多無(wú)外部總線(xiàn)的MCU不適應，PIDUSBD12也為并行總線(xiàn)接口，且與MCU的軟件接口編寫(xiě)復雜，本文中設計的CAN-USB接口卡，USB接口芯片選擇南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的CH375，該芯片支持全速設備接口USB V1.1，該公司提供了完善的USB驅動(dòng)程序；并且該芯片內部集成了USB 接口SIE、數據緩沖區、被動(dòng)并行接口、串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協(xié)議處理器、通用的固件程序等，這樣，以CH375設計的USB設備，不需要詳細了解USB 通訊協(xié)議，開(kāi)發(fā)編程非常方便^{[ 3]}。CAN協(xié)議芯片選擇MCP2510，該芯片采用SPI接口，連接方便，有3個(gè)發(fā)送緩沖區，2個(gè)接收緩沖區，寬工作電壓，低功耗^[4]。

2. 系統硬件設計

設計CAN-USB接口卡，硬件方面需要USB接口芯片、CAN協(xié)議芯片和微處理器。系統的硬件框圖見(jiàn)圖1。

微處理器選擇華邦公司的W78E516，該芯片與MCS-51系列單片機兼容，內部集成有64K的FLASH、看門(mén)狗、256字節輔助存儲器，還支持在系統可編程（ISP）。

CH375與MCU的連接提供了并行接口和串行接口，本文采用了并行接口，W78E516與CH375的接口電路如圖2所示。

圖2

由于CH375可輸出復位信號，微處理器可利用此復位信號，從而不需要其它專(zhuān)門(mén)復位電路。設計中還必須注意，CH375的晶振頻率必須為12MHz，筆者曾經(jīng)接11.0592 MHz晶振時(shí)，系統不能正常工作，改為12MHz時(shí)，則可正常工作。

CAN協(xié)議芯片選擇MCP2510，總線(xiàn)驅動(dòng)器采用PCA82C250。設計如圖3所示。如果要求CAN總線(xiàn)上各節點(diǎn)間電氣隔離，可在MCP2510與PCA82C250之間加高速光隔離（如6N137）進(jìn)行電氣隔離，本文因版面限制而省略了光隔，光隔設計方法可參考文[5]。

圖3

3. 下位機程序設計

下位機程序的功能是，當接收到CAN報文，將此報文重新組成適合USB傳輸的數據包，并裝載到USB的發(fā)送緩沖區，而當從USB接收到數據包，則將此數據包重新組成適合CAN傳輸的幀。

下位機程序設計采用Keil C進(jìn)行設計，由于MCP2510是SPI接口，而W78E516沒(méi)有SPI接口，故編寫(xiě)了專(zhuān)門(mén)操作SPI接口的程序。

設計中，CAN報文采用了標準11位ID，并且根據CAN幀格式，在單片機內存中，定義CAN報文發(fā)送緩沖區和接收緩沖區。

雖然CH375的端點(diǎn)每次最大可傳輸64字節，但為了設計方便，我們設計成每次只傳輸11個(gè)字節，用如下的結構體表示。

struct struct_USB

{

unsigned char USB_cmd;

unsigned char Dat[10];

};

USB_cmd中指示每次數據包的含義，以方便PC機與單片機傳遞信息。Dat[10]為將傳輸到CAN總線(xiàn)上的數據，或從CAN總線(xiàn)上接收到的數據。

4.上位機程序設計

上位機程序采用VB進(jìn)行設計，由于沁恒公司為CH375提供了豐富的動(dòng)態(tài)鏈接庫（API函數），在程序設計時(shí)，只需聲明和調用這些API函數，下面介紹編程注意事項。

在程序設計時(shí)，程序中調用CH375的第一個(gè)API函數應為CH375的設備開(kāi)啟函數，Declare Function CH375OpenDevice Lib "CH375DLL.DLL" (ByVal iIndex As Long) As Long，該函數的功能是打開(kāi)CH375設備。關(guān)閉應用程序時(shí)，需調用設備關(guān)閉函數，Declare Sub CH375CloseDevice Lib "CH375DLL.DLL" (ByVal iIndex As Long)，該函數的功能是關(guān)閉CH375設備。對于PC機向單片機發(fā)送數據和接收來(lái)自單片機的數據，只需調用相關(guān)的API函數即可。

編寫(xiě)完上位機程序，當CAN-USB接口卡通過(guò)USB連接線(xiàn)與PC機的USB接口相連之后，系統會(huì )檢測到新硬件，此時(shí)，安裝好驅動(dòng)程序，就可以使用該設備。正常工作時(shí)，此卡中與CH375相連的LED亮。

5. 結論

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)為采用CH375和MCP2510設計CAN-USB接口卡，給出了硬件電路圖和軟件流程圖，相對于其它用SJA1000和PIDUSBD12設計的類(lèi)似產(chǎn)品，本CAN-USB接口卡的硬件接口簡(jiǎn)潔，軟件不需要編寫(xiě)USB固件程序，開(kāi)發(fā)效率高，性能價(jià)格比高，在實(shí)際使用中，效果良好。另外，由于硬件上采用了獨立的CAN控制器和USB接口芯片，軟件采用C語(yǔ)言設計，所以移植到其它微處理器也比較方便。

參考文獻

[1] 張延宇，曹云俠.基于USB的CAN適配卡的設計與實(shí)現，微計算機信息，2006 年第1-2 期：第6－8頁(yè)
[2] 朱騰,鄭建立.基于USB的CAN總線(xiàn)適配器的設計, 微計算機信息，2005 年第3 期：第89－90頁(yè)
[3] CH375 說(shuō)明書(shū). 南京沁恒電子有限公司。
[4] MCP2510 datasheet, Microchip Technology Inc。
[5] 饒運濤等.現場(chǎng)總線(xiàn)CAN原理與應用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6