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基于CAN总线的通信转换器的设计。
摘要
针对工业中使用的各种电子设备和控制设备的大量应用，提出了一种基于现场总线的通信网络。CAN总线与普通总线RS-232之间的连接在现有串行通信中使用，可以实现通过多路传输和远距离通信构建网络。讨论了RS-232与CAN总线之间的转换方法，并介绍了一种新的设计和调试的通信转换器。为了克服各种控制器的总线配置和通信协议带来的不一致或冲突，选择了独立的总线控制器SJA1000和单片机AT89C51组成CAN总线智能节点在变换器中;利用MAX232完成从232到微控制器接口卡TTL的电平转换;提供了总线的差动发送能力和CAN控制器的差动感知能力。RS- 232具有在ISM(工业、科学、医药)领域工作的优点，并具有内置的UART(异步串行接收)接口，结合CAN，可以实现PC串行接口之间的数据通信，并能快速、准确地总线。通过调试对其进行了调试，指出了长距离直接通信距离的优点，通信速度高，配置简单，设计成本低。由于配置简单、成本低，它可以替代目前市场上价格较高的CAN接口卡。
关键词 索引术语-通信，协议，CAN总线，RS-232,SJA1000。
- 引言
电力系统是整个时代自动化程度最高的生产部门。基于CAN总线的控制系统逐步取代分散控制系统，成为我国电子系统自动化的主要设备。
由于RS-232(根据EAT/TAI-232标准，仅为15m)的短通信距离，只能进行通信点，不能通过多路通信建立网络。CAN总线是网络测量技术中使用的串行数据传输通信协议之一。
RS-232是一种广泛应用于串行通信的普通总线。各种计算机、外部设备和测量设备可以方便地有机地连接起来，然后形成一个测量控制系统。然而，由于它的低速、短距离的传输，它可以在接口的信号之间带来串扰，它不能直接用于工业控制。
CAN总线在工业上获得了认可，因为它具有高性能、高可靠性和独特的设计能力。例如，在奔驰s型轿车中使用CAN总线系统;一些美国企业已经将CAN总线应用到产品线和机床上，作为内部总线。同时，由于CAN总线可以提供更多的证券，它在许多领域被广泛应用于医疗、织造机械和电梯控制等领域。
- 系统概述
首先，应该定义每个节点的函数，以确定节点控制量的数量、类型、信号特征。这是控制系统实现网络化的第一步。其次，应该选择节点控制器和相关的CAN组件。由于每个节点的功能相对单一，且数据量也较小，CPU的需求大大减少，可以实现89C51。CAN总线的组成部分主要由控制器端口、总线收发器构成，它被用作82C250和部分I /O。最后，根据CAN总线的物理层协议选择总线的介质，设计接线方案，并将其连接为控制网络。
A. RS-232与CAN总线的性能比较。
工业设备的通信通常与许多硬件和软件产品有关。它用于连接标准计算机平面和工业自动化应用程序设备之间的协议。此外，所使用的设施和议定书各有不同。因此，希望大多数自动应用设备能够执行简单的串行指令，尤其是希望这些订单能与PC或附件串口板的标准串口兼容。RS-232在PC和通信行业中应用最为广泛，是串行端口之一。RS-232被定义为一种单端标准，它可以在串行通信中以低速增加通信距离。在RS-232发送端口和接收器之间的公用信号地，它不能使用带有两个端口的信号。否则，共模噪声将耦合到信号系统中。
CAN是国际上最广泛应用的“控制器区域网络”的现场总线之一。摘要作为一种具有多主机模式的串行通信总线，其基本设计准则要求高速、更好的抗电磁干扰能力，甚至要求检查通信总线中产生的任何错误。当信号通信距离达到10km时，仍可提供50kbit/s的数字通信速度[3]。表I显示了CAN总线中任意两个节点的最通信和位置速度之间的对应关系。
它表明，作为一种串行总线，可以在许多方面比RS-232更优秀，例如实时、自适应、敏捷和安全的能力。当两个串行端口不能通过RS-232直接连接到一个串行端口时，我们可以改变RS-232，从而实现串行设备的连接。
B. CAN和RS-232转换器的系统组成
采用单片机AT89C51单片机作为单片机，SJA1000作为单片机的微控制器，可以在设计转换设备时，将RS-232转换为CAN。如图1所示。SJA1000可以在CAN协议[5]的物理层和数据链路层中处理通信数据中的帧。PCA82C250作为CAN控制器与物理总线之间的接口，用于提供总线的差动发送和CAN控制器的差动接收。通过PCA82C250(高速、坡度控制、准备就绪)的Pin3可以选择三种不同的工作方式。当Pin3连接到地球时，它正在高速运转。在微控制器中，Max被用来完成从RS-232到接口芯片的水平转换。
采用rs - 232水平转换芯片实现rs - 232水平过渡,可以开关 3.3 v的输入电压源plusmn;10 v电压实现rs - 232输出电平的要求。在此电路中，MAX232是一种符合RS-232标准的驱动芯片，用于处理串行通信。MAX232芯片具有功耗低、完整性强、电源 3.3v、收发两种通道等优点。
微控制器主要由单片机AT89C51组成，在MAX232和AT89C51之间有不必要的附加级过渡电路。在CAN控制器的部分，它是使用总线驱动器82C250，这是一个接口之间的CAN控制器和物理总线，实现。
差分发送和接收总线的功能。在AT89C51和SJA1000、SJA1000和82C250之间也有不必要的附加级转换。简单的电路和高安全性是值得的。
在微处理器的控制中，当RS-232的数据可以互换时，它被采用串行接收，并且可以中断以提高工作效率。主要完成工作设置、时钟频率划分寄存器和滤波器校验、波特率参数和寄存器中断允许
系统硬件由以下部分组成，根据系统的整体设计。
1)微处理器:现在两种CAN总线设备非常流行。其中一个是unattached CAN控制器，如82C250, SJA1000和Intel82526/82527等;另一个是芯片的CAN微控制器，如R8XC582和16位微控制器87C196CA/CB。根据目前的市场开发工具和任务的实际要求，系统的brainpower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。SJA1000作为一种具有高度完整性的CAN控制器，具有多主机、总线访问优先、统一化、广播消息和硬件过滤等功能。
SJA1000有许多新的功能:消息接收和标准帧的发送和扩展框架;接收64字节FIFO;标准框架和扩展框架均采用单/双接收滤波器;具有读写能力的误差计算表;可编程错误报警的限制;最近的错误代码寄存器;任何错误都可能导致错误中断;损失仲裁中断，具有定向损失仲裁功能;单次发送模式(当出现错误或丢失仲裁时，不会产生反感);仅监听模式(monitor CAN总线，无响应，无错误标志);支持热插拔。因此,它是选择SJA1000作为系统的智能界面控制器
3)CAN总线收发器:CAN bus receival选择PCA82C250作为总线接收。PCA82C250是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。82C250可以提供不同的总线发送能力，不同的CAN控制器接收能力甚至可以完全兼容“ISO11898”标准。PCA82C250的目标是提高通信距离，提高系统的抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰(RFI)实现热保护，等等。
3系统硬件电路设计
系统的硬件电路主要由RS-232、控制器和CAN的收发器的电平转换电路构成。硬件设计的整体电路PCB，如图2所示。
- 各部分详细设计
作为一种无附加级的过渡控制器，该智能传感器涉及到在线获取电力、发送和接收方式的智能开关、通信方式的设置、RS-232的水平转换以及其他一些方面。材料描述显示为:
1)RS-232的电平转换电路:由于采用外部电源的方式，必须从RS-232接口取电，实现内部设备供电。在正常RS-232接口的定义中，TXD、TRS和DTR是RS-232的水平输出。
在计算机数据采集和工业的系统设备中，RS-232接口是最常见的通信标准。在RS-232标准接口中，通过电压幅值和电平极性来表示“0”和“1”的两极性级数据的含义。在任何情况下,最大值是plusmn;15 v;在RS-232标准接口中定义了4个逻辑级别。输入时，在连接状态下，将 3v~ 15v作为数据“0”和控制线电平，而-3v~-15v作为数据“1”，控制线电平处于断开状态。在3v以下的水平绝对值时，是不确定的状态。对于fan-out，在连接状态下，将 5v~ 15v作为数据“0”和控制行级别，而-5v~-15v作为数据“1”，控制线电平处于断开状态。在5v以下的水平绝对值，是不确定状态。RS-232的规定逻辑水平与当前的微处理器和单片机不同。因此，在实际应用中应将微处理器与RS-232之间的电平转换。这个转换应该在设计中完成Max232。
2)接收和发送:微处理器AT89C51是模块的核心，可以在CAN总线上完成应用层的功能。
选择AT89C51作为主控制器，RAM 256字节，FLASH ROM 8k, 5个中断源，4 current I/O on chip[2]。对于在程序中引用的消息队列，它是用8k扩展静态RAM，选择SJA1000作为独立的CAN控制器和基本工作模块。它是
所选的PCA82C250作为CAN收发器，可以连接到物理网络，属于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，SJA1000与PCA82C250连接。在隔离的目的下，SJA1000的内部寄存器可以被映射到外部寄存器。MAX232是一个在TTL/COMS级和EIA-232级之间转换的设备，可以连接singchip的UART和microcomputer的COM，实现两者的全双工通信。
3)SJA1000:应该注意使用SJA1000的一些条件。
SJA1000和单片机之间没有通用的复位电路，而单片机的I/O控制。然后利用软件方便地控制单片机控制SJA1000的位置。
当SJA1000的地址/数据端与单片机的P0连接时，就不再需要对地址锁的功能进行切换了。
SJA1000的TX1脱离了现实，RX1的电势必须保持在0.5Vcc，否则就不能形成可以要求的逻辑电平。
在公共汽车中，120ohm的两个电阻不能被忽略，因为它们对于匹配总线阻抗非常重要。没有它们，系统的通信和抗干扰能力将大大降低，甚至不能正常工作。
4)CAN总线中节点电路的实现:网络中的节点信息可以被划分为不同的PRI，实现不同的实时要求。
可以使用多主机模式，网络中的任何节点都可以在任何时间向其他节点发送消息，而不需要主节点和从属节点的区别。
当多个节点同时发送消息给总线时，可以选择非破坏性总线仲裁技术。低优先级的节点将依次发送，而具有高优先级的节点通常不会受到任何影响，以节省冲突套利的时间。
在发送的时候，丢失的套利或通过犯错误而导致的框架将会被厌恶。
B.问题应该在硬件设计中解决
硬件电路设计中出现了一些问题。如图所示。
1)MAX232与serial-port之间的连接电路:图3为MAX232与计算机串口之间的连接电路。串行端口的第二个引脚是连接到最大的14或9大头针的接收器，第三个引脚是连接到最大的13或8针的终端。无线发送模块的数据终端连接到10或11针。
2)AT89C51和CAN控制器的连接:SJA1000的AD0-AD7连接AT89C51的P0，而INT连接到P3.2;CS toP2.7连接;RD P3.7连接;或者说是P3.6连接;ALE连接到ALE/PROG; SJA1000的RX0和TX0分别连接到PCA82C250。
PCA82C250 CAN总线收发器是CAN控制器与CAN总线之间的一种接口装置，可以通过不同的方式将其发送给CAN总线，而RS pin用于选择PCA82C250的工作:高速模式和slope模式。RS pin连接到地球后，加入了一个电阻来控制斜坡的上下，从而降低了无线电频率的影响。当RS引脚连接到高电平时，PCA82C250处于等待状态。这个时候发送者被关闭,接收机在电流的工作,实验数据显示,-200年kOmega;15日kOmega;是更好的抓取数据的域。在这种情况下，可以使用并行或双绞线作为总线。
4电路板的制作
首先，需要一个供电系统为整个设计提供Vcc，使用7805完成。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。
充电泵电路由1、2、3、4、5、6pin和4个电容组成，其功能是产生2个 12V和-12V的电源，以满足RS-232串口级的要求。数据转换通道由7、8、9、10、11、12、13、14针组成，而13针(R1IN)、12pin(R1OUT)、11pin(T1IN)、14pin(T1OUT)是第一个数据通道;8pin(R2IN)、9pin(R2OUT)、10pin(T2IN)、7pin(T2OUT)是第二个数据通道。在设计中只使用了第一个数据通道。第一个数据通道的12pin连接到单片机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AT89C51的P0;INT连接到P3.2 (INT0);连接到P3.7 (
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