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基于CAN控制器和USB接口芯片实现CAN-USB接口卡系统的软硬件设计

关键词:CAN控制器 USB接口芯片 接口卡系统

时间:2020-07-07 11:03:53      来源:网络

CAN以其优良的性能,广泛应用在嵌入式系统中,PC机有丰富的软件和强大的功能,在工业网络中,将PC机设计成CAN网络的一个节点,方便数据处理等。

  1. 引言

  CAN以其优良的性能,广泛应用在嵌入式系统中,PC机有丰富的软件和强大的功能,在工业网络中,将PC机设计成CAN网络的一个节点,方便数据处理等。

  CAN网络与PC机的连接可通过以下几种方式: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,且不支持热插拔;CAN-PCI接口卡虽然速度快,但不支持热插拔。而采用CAN-USB接口卡,不但速度快,而且支持热插拔,并且可以从系统中直接汲取电流而不需要外部供电。

  文中所设计的CAN-USB接口卡,均采用SJA1000和PIDUSBD12, SJA1000为并行总线接口,与现在许多无外部总线的MCU不适应,PIDUSBD12也为并行总线接口,且与MCU的软件接口编写复杂,本文中设计的CAN-USB接口卡,USB接口芯片选择南京沁恒电子有限公司生产的CH375,该芯片支持全速设备接口USB V1.1,该公司提供了完善的USB驱动程序;并且该芯片内部集成了USB 接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等,这样,以CH375设计的USB设备,不需要详细了解USB 通讯协议,开发编程非常方便。CAN协议芯片选择MCP2510,该芯片采用SPI接口,连接方便,有3个发送缓冲区,2个接收缓冲区,宽工作电压,低功耗。

  2. 系统硬件设计

  设计CAN-USB接口卡,硬件方面需要USB接口芯片、CAN协议芯片和微处理器。系统的硬件框图

见图1。

 

 微处理器选择华邦公司的W78E516,该芯片与MCS-51系列单片机兼容,内部集成有64K的FLASH、看门狗、256字节辅助存储器,还支持在系统可编程(ISP)。

  基于CAN控制器和USB接口芯片实现CAN-USB接口卡系统的软硬件设计

  CH375与MCU的连接提供了并行接口和串行接口,本文采用了并行接口,W78E516与CH375的接口电路如图2所示。

  由于CH375可输出复位信号,微处理器可利用此复位信号,从而不需要其它专门复位电路。设计中还必须注意,CH375的晶振频率必须为12MHz,笔者曾经接11.0592 MHz晶振时,系统不能正常工作,改为12MHz时,则可正常工作。

  CAN协议芯片选择MCP2510,总线驱动器采用PCA82C250。设计如图3所示。如果要求CAN总线上各节点间电气隔离,可在MCP2510与PCA82C250之间加高速光隔离(如6N137)进行电气隔离。

  3. 下位机程序设计

  下位机程序的功能是,当接收到CAN报文,将此报文重新组成适合USB传输的数据包,并装载到USB的发送缓冲区,而当从USB接收到数据包,则将此数据包重新组成适合CAN传输的帧。

  下位机程序设计采用Keil C进行设计,由于MCP2510是SPI接口,而W78E516没有SPI接口,故编写了专门操作SPI接口的程序。

  设计中,CAN报文采用了标准11位ID,并且根据CAN帧格式,在单片机内存中,定义CAN报文发送缓冲区和接收缓冲区。

  虽然CH375的端点每次最大可传输64字节,但为了设计方便,我们设计成每次只传输11个字节,用如下的结构体表示。

  struct struct_USB

  {

  unsigned char USB_cmd;

  unsigned char Dat[10];

  };

  USB_cmd中指示每次数据包的含义,以方便PC机与单片机传递信息。Dat[10]为将传输到CAN总线上的数据,或从CAN总线上接收到的数据。

  为防止通讯接收溢出,在设计中,为CAN和USB定义了比较大的数据缓冲区,启用了W78E516芯片上的256字节辅助存储器,Keil C编译时配置存储器模式为Compact模式,但在设计中需要注意的是:main()函数的语句中,必须先用赋值语句对寄存器CHPENR和CHPCON进行配置,启用W78E516芯片上的256字节辅助存储器,然后,才能执行函数调用语句,否则程序虽在编译时可通过,但运行时会出现错误。

  4.上位机程序设计

  上位机程序采用VB进行设计,由于沁恒公司为CH375提供了丰富的动态链接库(API函数),在程序设计时,只需声明和调用这些API函数,下面介绍编程注意事项。

  在程序设计时,程序中调用CH375的第一个API函数应为CH375的设备开启函数,Declare Function CH375OpenDevice Lib “CH375DLL.DLL” (ByVal iIndex As Long) As Long,该函数的功能是打开CH375设备。关闭应用程序时,需调用设备关闭函数,Declare Sub CH375CloseDevice Lib “CH375DLL.DLL” (ByVal iIndex As Long),该函数的功能是关闭CH375设备。对于PC机向单片机发送数据和接收来自单片机的数据,只需调用相关的API函数即可。

  编写完上位机程序,当CAN-USB接口卡通过USB连接线与PC机的USB接口相连之后,系统会检测到新硬件,此时,安装好驱动程序,就可以使用该设备。正常工作时,此卡中与CH375相连的LED亮。

  5. 结论

  采用CH375和MCP2510设计CAN-USB接口卡,给出了硬件电路图和软件流程图,相对于其它用SJA1000和PIDUSBD12设计的类似产品,本CAN-USB接口卡的硬件接口简洁,软件不需要编写USB固件程序,开发效率高,性能价格比高,在实际使用中,效果良好。另外,由于硬件上采用了独立的CAN控制器和USB接口芯片,软件采用C语言设计,所以移植到其它微处理器也比较方便。

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