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以CAN总线为基础通信转换器的设计

摘要

随着各种电子的丰富应用在工业中使用的设备和控制装置生产基于现场总线的通信网络。CAN总线与正常总线RS-232之间的连接用于现有的串行通信，可实现构建网络采用多点远距离通信。讨论了RS-232和CAN总线之间的转换方法并且具有新设计和调试的通信转换器是在论文中介绍。为了征服不合逻辑或者总线配置和通信带来的冲突各种控制器的协议，选择未连接的总线控制器SJA1000和单片机AT89C51构成CAN总线智能节点在转换器中;使用MAX232完成从232到微控制器的电平转换接口卡TTL;提供差分发送能力总线和差分接收能力。 RS-232在ISM（工业，科学，医学）域并具有内置的UART（异步）串行接收）接口，结合CAN，可以实现数据PC串行接口和CAN总线之间的通信正好。通过调试检查有一些长距离通信距离较长的优点通讯速度快，配置简单，成本低设计。并且可以用高的CAN接口卡替代价格在当前市场上的原因是配置简单低成本。

关键词：通信，协议，CAN总线，RS-232，SJA1000

一、引言

电力系统是一个生产部门全自动化程度最高的基于CAN总线的控制系统将代替色散控制系统逐步成为主导我国电子系统自动化设备。由于RS-232的通信距离短（根据EAT / TAI-232标准，只有15m），只有可以点对点传播，不能积聚网络与多点通信。 CAN总线是其中之一具有串行数据传输的通信协议用于网络测量技术。RS-232是串行通信中使用的普通总线广泛。种类的电脑，外部设施和措施设备可以方便地有机连接，然后形成一个测量控制系统。然而，由于其低速度，短距离的传输，可以带来串扰接口上的信号。它不能在工业中使用直接控制。CAN总线在行业中获得了肯定名声大功率的高可靠性和高可靠性独特的设计。例如，它使用CAN总线系统奔驰s型车;一些美国企业已经申请了CAN总线作为内部总线产品线和机床。同时，CAN总线可以提供更多的证券用于许多领域的医疗，织造机制和电梯控制广泛。

二、系统概述

首先，应该定义每个节点的功能，in确定节点的数量，类型，信号字符控制量。这是进行控制的第一步系统实现网络化。其次应该选择节点控制器和相关CAN组件。为了每个节点的功能都是单一的，而数据量也很小，CPU的需求是大大减少，这可以由89C51实现。零件CAN总线主要由控制器端口，总线构成收发器用作82C250和部分I / O。最后，根据物理层在CAN总线上的协议选择公交车的介质，设计接线工程将其连接成控制网络。

A. RS-232和CAN总线之间的能力比较行业设施的沟通往往与很多相关硬件和软件产品。它用于连接标准电脑平板与行业协议自动应用设施。此外，设施和使用的协议是各种各样的。因此它是希望大多数自动应用程序能够执行简单的连续订单，特别希望这些订单是与PC或标准串行端口兼容串口板。 RS-232在PC中具有最广泛的应用而通信业是串口之一。 RS-232被定义为一种单一的终端标准增加串行通信中的通信距离低速。与公共信号之间发送RS-232端口和接收端，不能使用信号两个端口否则，共模噪声将是耦合到信号系统中。CAN是最广泛应用的现场总线之一国际全称“控制器局域网”。作为一个一种具有多主机模式的串行通信总线，CAN的基本设计标准要求高速和高速更好的抵抗电磁干扰的能力，甚至要求检查所产生的任何错误通信总线。当距离信号通信达到10km，CAN仍然可以提供50 kbit / s的数字通信速度[3]。 表1显示最通讯和对应的对应关系CAN总线中任意两个节点的位置速度。

这表明，作为一种串行总线，CAN更加出色比RS-232在许多方面如实时能力，适应性强，灵活安全。当两个串口不能通过RS-232直接连接一个串口即可从另一个远距离，我们可以改变RS-232可以实现串口设备的连接。

B. CAN和RS-232转换器的系统组成使用单片机AT89C51作为微处理器SJA1000作为CAN的微控制器设计转型将RS-232更改为CAN的设备。如图所示。1. SJA1000可以处理通信数据中的帧用于将功能集成在物理层和数据链路中CAN协议层[5]。作为CAN之间的接口控制器和物理总线，PCA82C250用于提供总线的差分发送和差分接收CAN控制器。有三种不同的工作可以通过PCA82C250的Pin3选择（高速，坡度控制，准备）。当Pin3连接到地面时，它正在工作高速。 Max用于完成电平转换从RS-232到微控制器的接口芯片。

采用RS-232电平转换芯片实现RS-232电平转换，可切换 3.3v输入源电压至plusmn;10v电压，以满足RS-232的要求输出电平。在这个电路中，MAX232作为一种驱动芯片符合RS-232标准的处理串行通信。 MAX232芯片有很多优点，如低功耗，高完整性，电源供应 3.3v以及两个通道的接收和发送。微控制器主要由单芯片组成AT89C51，虽然有不必要的附加级别MAX232和AT89C51之间的转换电路。在这部分的CAN控制器，它使用的是总线驱动器82C250，也就是一个CAN控制器与物理总线之间的接口，实现总线差分发送和接收功能。那里也是不必要的附加级别过渡AT89C51和SJA1000，SJA1000和82C250。值得简单的电路和高安全性。在微处理器的控制下，采用串口方式接收和CAN中断，以提高工作效率RS-232和CAN的数据交换。它主要总结工作时钟设置，时钟频率寄存器分频和滤波器检查，波特率参数和寄存器的中断允许。系统硬件由以下部分构成，根据系统集体设计。1）微处理器：现在有两种CAN总线设备非常受欢迎。一个是未连接的CAN控制器，如82C250，SJA1000和Intel82526 / 82527等;另一个是具有芯片的CAN微控制器，如R8XC582和16位微控制器87C196CA / CB。根据当前市场，开发工具和实际情况要求任务，系统的脑力节点都选择了单片机AT89C51作为微处理器。2）CAN控制器：CAN控制器选择SJA1000作为控制器。作为一种高度完整的CAN控制器，SJA1000具有多主机，总线访问等功能优先级，单位化和广播消息和硬件过滤SJA1000具有许多新功能：消息接收和发送标准框架和延伸框架;接收64字节FIFO;标准框架和延伸框架都是提供单/双接收滤波器;误差计数器具有写/读能力;可编程错误的限制报警;错误码近似寄存器;任何CAN错误都可以提供错误中断;损失仲裁中断定向损失仲裁的功能;单发模式（当有错误或失败仲裁时不重复）;监听模式（监视CAN总线，无响应，无罪标志）;维持热插拔所以选择它SJA1000作为CAN控制器在系统的脑力界面。3）CAN总线收发器：CAN总线接收选择PCA82C250作为公交接收。 PCA82C250是接口CAN协议控制器和物理总线之间。 82C250可以为总线提供不同的发送能力，不同CAN控制器的接收能力甚至可以完全符合“ISO11898”标准。目标是PCA82C250正在增加通信距离，改善系统的抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰（RFI）来实现热保护等。

三， 系统硬件电路设计

系统硬件电路主要由电平构成CAN总线的RS-232转换电路，控制器和收发器。硬件设计的集体电路PCB遵循图2。

1. 每部分的详细设计

作为一个无关的水平转换控制器，这个脑力传感器涉及在线获取电力，脑力切换发送和接收方式，设置通讯模式，RS-232电平转换等其他方面。材质说明如下：

1. RS-232电平转换电路：由于使用外部供电方式，必须取电从RS-232接口实现内部电源仪器。在定义正常的RS-232接口时，TXD，TRS和DTR是RS-232的电平输出。在计算机数据采集系统设施中业界，RS-232接口是最熟悉的通信方式标准。规定了双极电平数据的含义“0”和“1”通过电压振幅一起表示RS-232标准接口的电平极性。通过公平和犯规，最大值为plusmn;15v;它被定义为4个逻辑级别在RS-232标准接口。对于输入，它是规定的 3v〜 15v作为数据“0”和控制线级联状态，而-3v〜-15v为数据“1”和控制线级断开状态。当级别绝对值低于3v时，它是不确定状态对于扇出，它被规定为 5v〜 15v作为数据“0”和控制线级连接状态，而-5v〜-15v作为数据“1”和断开状态下的控制线电平。什么时候5v以下的水平绝对值，是不确定的状态。的RS-232的规定逻辑水平不同于目前的微处理器和单片机。所以应该是将微处理器和RS-232之间的电平转换成实际应用。这个转换应该完成Max232设计。

2）接收和发送：微处理器AT89C51是核心的模块，可以完成功能应用层在CAN总线上。选择AT89C51作为主控制器与哪个RAM256字节，FLASH ROM 8k，5个中断源，4个当前I / O片上[2]。对于在程序中引用的消息队列，它是扩展静态RAM为8k，选择SJA1000为独立的CAN控制器，带基本工作模块。它是选择PCA82C250作为CAN收发器连接CAN控制器到CAN物理网络到控制电路和物理传输电路的接口。为了隔离适配器和总线电气，JA1000是与PCA82C250连接。为了隔离的目的，SJA1000的内部寄存器可以映射到外部寄存器。MAX232是TTL / COMS之间转换的设备级别和EIA-232级别，可以连接单片机UART和微机的COM实现全双工两者的沟通。

1. 3）去SJA1000：应该注意一些关于使用SJA1000的条件。SJA1000与SJA1000之间无复位电路单片机，同时采用单片机I / O控制。然后SJA1000的重新定位可以由单片机控制软件方便。当SJA1000的地址/数据结束连接时P0单片机，不再需要翻盖锁地址锁定的功能已经在其中。RX1的电动与SJA1000的TX1脱离现实电位必须保持在0.5Vcc，否则不能形成逻辑级CAN要求高。总线上120欧姆的两个电阻不能省略，因为它们对于匹配总线阻抗非常重要。没有他们，沟通和能力的安全系统中的抗干扰将大大降低甚至不能正常工作。

4）CAN总线节点电路的实现：节点消息网络可以分为不同的PRI来完成不同的实时要求。CAN与多主机模式，任何节点在网络可以向任何其他节点向前发送消息时间，没有主要和下属节点的差异。当许多节点同时发送消息到总线时，CAN选择了非破坏性总线仲裁技术。具有低优先级的节点将依次发送，而节点与高优先级将被正常发送，没有任何影响节省冲突套利的时间。在发送的时候，丢失套利或框架哪个犯错误就会自动重新发送。CAN的直接通信距离为10km（速度在5kbps以下），通讯速度将会最大化1 Mbps（这里，通信距离最大化40m）。CAN中每帧的消息都有CRC校验和其他调试措施，以确保低错误率。在严重错误的情况下，CAN节点具有功能自动关闭和现有总线，使其他节点没有任何影响。

B.硬件设计中应该解决的问题硬件设计中会出现一些问题电路。 如下图所示。

1）MAX232和串口之间的连接电路：3是MAX232与计算机之间的连接电路串行端口。 串口的第二个引脚是sink连接到MAX的14或9引脚，第三个引脚正在发送端子，其连接到MAX的13或8引脚。 数据无线发送模块的终端连接10或11针。

2）连接AT89C51和CAN的控制器，接收器：SJA1000的AD0-AD7连接到AT89C51的P0INT连接到P3.2; CS连接到P2.7; RD连接到P3.7; WR连接到P3.6; ALE连接到ALE / PROG;SJA1000的RX0和TX0连接到PCA82C250分别。

PCA82C250作为CAN总线收发器是一个接口CAN控制器与发送CAN总线之间的设备它具有同的CAN模式，而RS引脚用于选择PCA82C250的工作：高速模式和斜坡模式。加入后，RS针与地相连相应地控制斜坡的阻力降低射频影响。 当RS针连接时到高水平，PCA82C250处于等待状态。 此时发件人关闭，接收器工作在低电流，实验数据表明，15kOmega;-200kOmega;更好域用于获取数据。 在这种情况下，可以使用它并行或双绞线作为总线。

四、电路设计

首先，需要一个供电系统为使用7805完成的整个设计提供Vcc。如图4所示。

重新定位系统对调试非常重要。调试系统如图5所示。

电荷泵电路由1,2,3,4,5,6pin和4个电容，具有产生 12V两个电源的功能和-12V提供RS-232串口级别的要求。数据转换通道由7,8,9,10,11,12,13,14针，而13pin（R1IN），12pin（R1OUT），11pin（T1IN），14pin（T1OUT）是第一个数据通道;8pin（R2IN），9pin（R2OUT），10pin（T2IN），7pin（T2OUT）第二个数据通道。 只使用第一个数据渠道设计。第一个数据通道的第12是连接到单芯片AT89C51的10pin P3.0（RXD），11pin连接到AT89C51的11P3.1（TXD），15pin GND和16pin Vcc供电。 如图6所示。

信号AT89C51和SJA1000的复位键连接，而SJA1000的AD0-AD7连接到P0AT89C51; INT连接到P3.2（INT0）; RD连接到P3.7（RD）; WR连接到P3.6; SJA1000的CS是芯片选择输入连接到AT89C51的28pin P2.7允许SJA1000由低级别访问。 40pin和29pinAT89C51分别为电源和GND端子。CAN控制器的CLKOUT作为89C51的时钟源，复位信号由外部复位电路提供AT89C51。 如图7所示。

CAN控制器和CAN接收器之间的连接SJA1000和82C250之间的连接，同时晶体在这部分中，16MHz的摆幅产生时钟信号。 它是如图所示 8。总线两侧电阻为120Omega;对于匹配总线阻抗非常重要。

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