CN103092800A - 一种数据转换实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据转换实验平台，核心数据转换模块用于CAN总线数据与USB总线数据的转换，LCD扩展接口模块用于连接LCD显示器，JTAG调试接口模块在线配置与调试核心数据转换模块，USB数据接口模块将USB串行格式数据转换为并行数据格式，并将核心数据转换模块输出的并行数据格式转换为USB串行数据格式，AS配置接口模块对核心数据转换模块进行配置，并存储配置信息，MCU扩展接口模块对核心数据转换模块功能作扩展，RS-232接口模块作为支持RS-232通信协议的数据传输接口；该数据转换实验平台可进行USB数据与CAN总线数据的相互转换，在线配置CAN总线参数，实时检测CAN总线系统传输数据。

Description

一种数据转换实验平台

技术领域

本发明属于工业控制及汽车电子技术领域，尤其涉及一种数据转换实验平台。

背景技术

CAN总线原用于汽车内部通信，由于其高性能、高可靠性及其独特的设计，现在已不再局限于汽车领域，从高速网络到低成本多任务网络的自动化领域都有广泛应用，已成为最有前途的现场总线之一。

CAN总线传输距离可达1公里，传输速度最大可以达到1Mbps。当CAN总线网络和计算机连接时，如果采用RS232接口则限制了CAN速度快的优势，要发挥CAN网络的性能，可以通过CAN/PCI板卡，但该板卡成本高，且开发周期长。随着USB总线的发展，该总线已逐渐应用于测量和自动化领域。USB2.0的最高速率在12Mbps，完全能满足CAN总线的传输速率需要，并且USB总线即插即用、支持热插热拔等特点，也具有明显优势。

发明内容

本发明提供了一种数据转换实验平台，可进行由USB数据与CAN总线数据的相互转换，对CAN总线的参数进行在线配置，实时检测CAN总线系统传输数据，以及汽车电子中USB设备与CAN总线设备的数据转换。

本发明的目的在于提供一种数据转换实验平台，该数据转换实验平台包括：

核心数据转换模块，用于CAN总线数据与USB总线数据的转换，实现CAN现场总线网络与计算机的高效数据传输；

CAN总线接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于完成逻辑电平到CAN总线电平之间的转换；

LCD扩展接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于扩展LCD接口，连接LCD显示器；

JTAG调试接口模块，通过JTAG接口与所述核心数据转换模块相连接，用于对核心数据转换模块在线配置与调试；

USB数据接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，将USB串行格式数据转换为并行数据格式供所述核心数据转换模块处理，并将所述核心数据转换模块输出的并行数据格式转换为USB串行数据格式；

AS配置接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于对所述核心数据转换模块进行配置，并存储配置信息，完成脱机工作；

MCU扩展接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于MCU与所述核心数据转换模块进行通讯连接，对核心数据转换模块功能作进一步扩展；

RS-232接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于作为支持RS-232通信协议的数据传输接口。

进一步，所述核心数据转换模块包括：

USB数据收发控制模块，与所述USB数据接口模块及CAN总线收发控制模块相连接，用于接收来自所述USB数据接口模块提供的并行数据并进行甄别，同时接收来自所述CAN总线收发控制模块的数据发并送到所述USB数据接口模块；

CAN总线收发模块，与所述CAN总线接口模块相连接，用于完成CAN总线数据与并行数据之间的转换；

CAN总线收发控制模块，与所述CAN总线收发模块及USB数据收发控制模块相连接，用于对所述CAN总线收发模块进行初始化，控制所述CAN总线收发模块的收发流程以及CAN总线收发模块与USB数据收发控制模块之间数据传输；

时钟产生模块，与所述USB数据收发控制模块、CAN总线收发模块及CAN总线收发控制模块相连接，用于产生时钟驱动信号。

进一步，所述核心数据转换模块还设置有：

USB数据收发缓冲模块，与所述USB数据收发控制模块、CAN总线收发控制模块及时钟产生模块相连接，用于暂时存储USB总线发送或接收的数据。

进一步，所述USB数据收发控制模块通过USB读写数据总线及USB读写控制总线与所述USB数据接口模块进行USB数据传输与控制。

进一步，所述CAN总线收发模块通过CAN总线与所述CAN总线接口模块进行数据的传输。

进一步，在该数据转换实验平台中，CAN总线配置信息的设置由上位机操作完成，实现步骤为：

接收由CAN总线发送的数据，并进行显示；

输入数据，并将输入的数据发送到CAN总线上；

配置CAN总线传输比特率；

上位机向CAN总线连续发送数据；

上位机选择发送递增或者递减数据；

上位机选择发送CAN总线协议的远程帧。

进一步，CAN总线配置信息的设置由上位机操作完成的具体实现步骤为：接收由CAN总线发送的数据并显示在PC机的显示器上，在后台调用USB驱动程序中API函数，接收由USB发送的数据，在上位机程序中点击“接收”时，程序产生系统事件，程序调用显示函数，将接收到的数据的前两个字节显示到ID位置，根据ID确定的数据长度按字节将接收数据显示到数据位置；

在数据框中输入要发送的数据，上位机程序调用USB设备驱动程序中的发送API函数，将输入的数据加入数据识别信息发送到USB总线上，由USB数据收发控制模块进行接收与分析；

配置CAN总线传输比特率，在比特率选择框中选择比特率，然后选择配置，上位机程序会将比特率信息加入识别信息再发送到USB总线上；

选中连续发送功能后，上位机程序调用连续发送函数，将输入框中的数据按照设置的延迟，调用系统延迟函数，每延迟一定周期调用USB驱动程序中的发送API，将数据发送到USB总线上；

选择递减或递增发送时，上位机程序会调用递增递减发送函数，将发送数据由1到255每隔一个延迟连续发送到USB总线上；

发送远程帧，写入远程帧ID号并选择发送远程帧，上位机程序调用USB驱动程序中的发送API函数，将远程帧ID号以及远程帧识别信息发送到USB总线上。

本发明提供的数据转换实验平台，核心数据转换模块用于CAN总线数据与USB总线数据的转换，实现CAN现场总线网络与计算机的高效数据传输，CAN总线接口模块完成逻辑电平到CAN总线电平之间的转换，LCD扩展接口模块用于扩展LCD接口，连接LCD显示器，JTAG调试接口模块对核心数据转换模块进行在线配置与调试，USB数据接口模块将USB串行格式数据转换为并行数据格式供所述核心数据转换模块处理，并将核心数据转换模块输出的并行数据格式转换为USB串行数据格式，AS配置接口模块对核心数据转换模块进行配置，并存储配置信息，完成脱机工作，MCU扩展接口模块用于MCU与核心数据转换模块进行通讯连接，对核心数据转换模块功能作进一步扩展，RS-232接口模块作为支持RS-232通信协议的数据传输接口；该数据转换实验平台可进行由USB数据与CAN总线数据的相互转换，对CAN总线的参数进行在线配置，实时检测CAN总线系统传输数据，实现汽车电子中USB设备与CAN总线设备的数据转换，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的数据转换实验平台的结构框图；

图2是本发明实施例提供的核心数据转换模块的结构框图。

图中：11、核心数据转换模块；111、USB数据收发控制模块；112、CAN总线收发模块；113、CAN总线收发控制模块；114、时钟产生模块；115、USB数据收发缓冲模块；12、CAN总线接口模块；13、LCD扩展接口模块；14、JTAG调试接口模块；15、USB数据接口模块；16、AS配置接口模块；17、MCU扩展接口模块；18、RS-232接口模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

图1示出了本发明实施例提供的数据转换实验平台的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该数据转换实验平台包括：

核心数据转换模块11，用于CAN总线数据与USB总线数据的转换，实现CAN现场总线网络与计算机的高效数据传输；

CAN总线接口模块12，与核心数据转换模块11相连接，用于完成逻辑电平到CAN总线电平之间的转换；

LCD扩展接口模块13，与核心数据转换模块11相连接，用于扩展LCD接口，连接LCD显示器；

JTAG调试接口模块14，通过JTAG接口与核心数据转换模块11相连接，用于对核心数据转换模块11在线配置与调试；

USB数据接口模块15，与核心数据转换模块11相连接，将USB串行格式数据转换为并行数据格式供核心数据转换模块11处理，并将核心数据转换模块11输出的并行数据格式转换为USB串行数据格式；

AS配置接口模块16，与核心数据转换模块11相连接，用于对核心数据转换模块11进行配置，并存储配置信息，完成脱机工作；

MCU扩展接口模块17，与核心数据转换模块11相连接，用于MCU与核心数据转换模块11进行通讯连接，对核心数据转换模块11功能作进一步扩展；

RS-232接口模块18，与核心数据转换模块11相连接，用于作为支持RS-232通信协议的数据传输接口。

图2示出了本发明实施例提供的核心数据转换模块11的结构，在本发明实施例中，核心数据转换模块11包括：

USB数据收发控制模块111，与USB数据接口模块15及CAN总线收发控制模块113相连接，用于接收来自USB数据接口模块15提供的并行数据并进行甄别，同时接收来自CAN总线收发控制模块113的数据发并送到USB数据接口模块15；

CAN总线收发模块112，与CAN总线接口模块12相连接，用于完成CAN总线数据与并行数据之间的转换；

CAN总线收发控制模块113，与CAN总线收发模块112及USB数据收发控制模块111相连接，用于对CAN总线收发模块112进行初始化，控制CAN总线收发模块112的收发流程以及CAN总线收发模块112与USB数据收发控制模块111之间数据传输；

时钟产生模块114，与USB数据收发控制模块111、CAN总线收发模块112及CAN总线收发控制模块113相连接，用于产生时钟驱动信号。

在本发明实施例中，核心数据转换模块11还设置有：

USB数据收发缓冲模块115，与USB数据收发控制模块111、CAN总线收发控制模块113及时钟产生模块114相连接，用于暂时存储USB总线发送或接收的数据。

在本发明实施例中，USB数据收发控制模块111通过USB读写数据总线及USB读写控制总线与USB数据接口模块15进行USB数据传输与控制。

在本发明实施例中，CAN总线收发模块112通过CAN总线与CAN总线接口模块12进行数据的传输。

在本发明实施例中，在该数据转换实验平台中，CAN总线配置信息的设置由上位机操作完成，实现步骤为：

接收由CAN总线发送的数据，并进行显示；

输入数据，并将输入的数据发送到CAN总线上；

配置CAN总线传输比特率；

上位机向CAN总线连续发送数据；

上位机选择发送递增或者递减数据；

上位机选择发送CAN总线协议的远程帧。

在本发明实施例中，CAN总线配置信息的设置由上位机操作完成的具体实现步骤为：接收由CAN总线发送的数据并显示在PC机的显示器上，在后台调用USB驱动程序中API函数，接收由USB发送的数据，在上位机程序中点击“接收”时，程序产生系统事件，程序调用显示函数，将接收到的数据的前两个字节显示到ID位置，根据ID确定的数据长度按字节将接收数据显示到数据位置；

在数据框中输入要发送的数据，上位机程序调用USB设备驱动程序中的发送API函数，将输入的数据加入数据识别信息发送到USB总线上，由USB数据收发控制模块111进行接收与分析；

配置CAN总线传输比特率，在比特率选择框中选择比特率，然后选择配置，上位机程序会将比特率信息加入识别信息再发送到USB总线上；

选中连续发送功能后，上位机程序调用连续发送函数，将输入框中的数据按照设置的延迟，调用系统延迟函数，每延迟一定周期调用USB驱动程序中的发送API，将数据发送到USB总线上；

选择递减或递增发送时，上位机程序会调用递增递减发送函数，将发送数据由1到255每隔一个延迟连续发送到USB总线上；

发送远程帧，写入远程帧ID号并选择发送远程帧，上位机程序调用USB驱动程序中的发送API函数，将远程帧ID号以及远程帧识别信息发送到USB总线上。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

核心数据转换模块11包括：USB数据收发控制模块111，接收来自USB数据接口模块15提供的并行数据并进行甄别，接收来自CAN总线收发控制模块113的数据并发送到USB数据接口模块15，由上位机发送过来的数据信息字节带有识别信息'z'，配置信息字节带有识别信息'a'，通过检测该识别信息区分数据和配置信息，将配置信息放置在USB数据收发缓冲模块115的RAM存储器中。发送配置信息时，同时向CAN总线收发控制模块113发送复位模式请求，CAN总线收发控制模块113将SJA1000IP核置于复位模式，同时将配置信息写入IP核的相应控制寄存器，然后使其转入工作状态。转入工作状态后，首先进入接收状态，查询SJA1000IP核中是否有数据，如果有数据，则将SJA1000IP核内数据读出，并放入USB数据收发缓冲模块115中，然后转入发送状态，如果没有接收数据，则直接转入发送状态。转入发送状态后，先查询USB数据收发缓冲模块115中是否有数据，如果没有则转入接收状态，如果有数据，则将数据读出再写入SJA1000IP核中，同时给出发送指令；

CAN总线收发模块112，采用SJA1000芯片的IP核，用于发送、接收数据缓存，配置波特率，完成CAN总线数据与并行数据之间的转换；

CAN总线收发控制模块113，以状态机的形式完成对CAN总线收发模块112的初始化，收发流程的控制以及CAN总线收发模块112与USB收发控制模块之间数据传递；

时钟产生模块114：由MegaFunction产生锁相环，锁相环将输入时钟信号按照设置进行分频与倍频，提供给其他模块作为时钟驱动；

USB数据收发缓冲模块115，由MagaFunction生成FIFO存储器和RAM存储器，分别存储USB数据信息和控制信息。

CAN总线接口模块12：CAN总线驱动芯片完成核心数据转换模块11逻辑电平到CAN总线电平之间的转换，并与总线直接连接，驱动CAN总线工作；

LCD扩展接口模块13扩展LCD接口，连接LCD显示器；

JTAG调试接口模块14，通过10针接口与核心数据转换模块11的JTAG接口连接，可以通过下载电缆对核心数据转换模块11的在线配置，以及在SignalTap II环境下调试；

USB数据接口模块15，将USB串行格式数据转换为并行数据格式供核心数据转换模块11处理，将核心数据转换模块11发送过来的并行数据格式转换为USB串行数据格式供上位机读取；

AS配置接口模块16，使用EPCS系列核心数据转换模块11配置芯片将10针配置接口与核心数据转换模块11连接，Quartus II开发软件有下载电缆将核心数据转换模块11配置信息写入EPCS芯片。在脱机工作状态下，核心数据转换模块11由EPCS芯片读取配置信息；

MCU扩展接口模块17，扩展接口可以将MCU与核心数据转换模块11直接连接，对系统功能可做进一步扩展；

RS-232接口模块18，由MAX232芯片完成RS-232电平与逻辑电平的转换，在核心数据转换模块11内部添加UART核即可实现支持RS-232通信协议的数据接口；

上位机程序：

接收由CAN总线发送的数据并显示在PC机的显示器上，上位机程序在后台调用USB驱动程序中API函数，接收由USB发送的数据。在上位机程序中点击“接收”时，程序产生系统事件，程序调用显示函数，将接收到的数据的前两个字节显示到ID位置，根据ID确定的数据长度按字节将接收数据显示到数据位置；

在程序的数据框中输入要发送的数据，上位机程序调用USB设备驱动程序中的发送API函数，将输入的数据加入数据识别信息发送到USB总线上，由1a)模块进行接收与分析；

配置CAN总线传输比特率，在比特率选择框中选择比特率，然后选择配置，上位机程序会将比特率信息加入识别信息再发送到USB总线上；

延迟连续发送功能，选中连续发送功能后，上位机程序调用连续发送函数，将输入框中的数据按照设置的延迟，调用系统延迟函数，每延迟一定周期调用USB驱动程序中的发送API，将数据发送到USB总线上；

递增递减发送，选择递减/递增发送时，上位机程序会调用递增/递减发送函数，将发送数据由1到255每隔一个延迟连续发送到USB总线上；

发送远程帧，写入远程帧ID号并选择发送远程帧，上位机程序调用USB驱动程序中的发送API函数，将远程帧ID号以及远程帧识别信息发送到USB总线上。

下面对测试结果进行详细叙述

1、测试条件

测试采用本实验平台及上位机程序和某公司生产USB-CAN转换模块及其调试程序。核心数据转换模块11为Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240I7N，核心数据转换模块11的开发环境为Quartus II11.1。

2、测试内容

测试主要包括单次数据发送，单次数据接收，连续延迟发送，递增发送，递减发送，连续接收，在线配置。第一组测试为单次数据发送，在发送框中输入8个字节数据点击发送，由另外USB-CAN转换模块接收。第二组测试为单次数据接收，由USB-CAN模块发送数据字节长度分别为8、6的数据，由本平台接收。第三组测试为连续延迟发送，在输入框中输入8字节数据，选择延迟50ms连续发送，由USB-CAN模块接收并记录。第四组测试为递增延迟发送，选择递增发送数据，由USB-CAN模块接收。

3、测试结果分析

本发明可以准确完成CAN总线信息的发送与接收，单次接收时，上位机程序将接收到的CAN总线数据帧中帧标识符和数据分开显示在接收数据框中；连续接收时，上位机程序可以连续接收由CAN总线发送过来的数据，且不存在丢帧情况。

表1.连续相同数据发送

表1为以50ms延迟连续发送，接收端记录的数据中节选的前20个数据。从表中可以看出，本发明可以按照设置的延迟连续发送数据。

表2.延迟50ms连续递增发送测试结果

表2为以50ms延迟发送递增数据，接收端记录的数据节选的前20个数据，可以看出，本发明可以实现按照设置的延迟完成数据的递增发送。

本发明实施例提供的数据转换实验平台，核心数据转换模块11用于CAN总线数据与USB总线数据的转换，实现CAN现场总线网络与计算机的高效数据传输，CAN总线接口模块12完成逻辑电平到CAN总线电平之间的转换，LCD扩展接口模块13用于扩展LCD接口，连接LCD显示器，JTAG调试接口模块14对核心数据转换模块11进行在线配置与调试，USB数据接口模块15将USB串行格式数据转换为并行数据格式供核心数据转换模块11处理，并将核心数据转换模块11输出的并行数据格式转换为USB串行数据格式，AS配置接口模块16对核心数据转换模块11进行配置，并存储配置信息，完成脱机工作，MCU扩展接口模块17用于MCU与核心数据转换模块11进行通讯连接，对核心数据转换模块11功能作进一步扩展，RS-232接口模块18作为支持RS-232通信协议的数据传输接口；该数据转换实验平台可进行由USB数据与CAN总线数据的相互转换，对CAN总线的参数进行在线配置，实时检测CAN总线系统传输数据，实现汽车电子中USB设备与CAN总线设备的数据转换，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数据转换实验平台，其特征在于，该数据转换实验平台包括：

核心数据转换模块，用于CAN总线数据与USB总线数据的转换，实现CAN现场总线网络与计算机的高效数据传输；

CAN总线接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于完成逻辑电平到CAN总线电平之间的转换；

LCD扩展接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于扩展LCD接口，连接LCD显示器；

JTAG调试接口模块，通过JTAG接口与所述核心数据转换模块相连接，用于对核心数据转换模块在线配置与调试；

USB数据接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，将USB串行格式数据转换为并行数据格式供所述核心数据转换模块处理，并将所述核心数据转换模块输出的并行数据格式转换为USB串行数据格式；

AS配置接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于对所述核心数据转换模块进行配置，并存储配置信息，完成脱机工作；

MCU扩展接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于MCU与所述核心数据转换模块进行通讯连接，对核心数据转换模块功能作进一步扩展；

RS-232接口模块，与所述核心数据转换模块相连接，用于作为支持RS-232通信协议的数据传输接口。

2.如权利要求1所述的数据转换实验平台，其特征在于，所述核心数据转换模块进一步包括：

USB数据收发控制模块，与所述USB数据接口模块及CAN总线收发控制模块相连接，用于接收来自所述USB数据接口模块提供的并行数据并进行甄别，同时接收来自所述CAN总线收发控制模块的数据发并送到所述USB数据接口模块；

CAN总线收发模块，与所述CAN总线接口模块相连接，用于完成CAN总线数据与并行数据之间的转换；

CAN总线收发控制模块，与所述CAN总线收发模块及USB数据收发控制模块相连接，用于对所述CAN总线收发模块进行初始化，控制所述CAN总线收发模块的收发流程以及CAN总线收发模块与USB数据收发控制模块之间数据传输；

时钟产生模块，与所述USB数据收发控制模块、CAN总线收发模块及CAN总线收发控制模块相连接，用于产生时钟驱动信号。

3.如权利要求2所述的数据转换实验平台，其特征在于，所述核心数据转换模块还设置有：

USB数据收发缓冲模块，与所述USB数据收发控制模块、CAN总线收发控制模块及时钟产生模块相连接，用于暂时存储USB总线发送或接收的数据。

4.如权利要求2所述的数据转换实验平台，其特征在于，所述USB数据收发控制模块通过USB读写数据总线及USB读写控制总线与所述USB数据接口模块进行USB数据传输与控制。

5.如权利要求2所述的数据转换实验平台，其特征在于，所述CAN总线收发模块通过CAN总线与所述CAN总线接口模块进行数据的传输。

6.如权利要求1所述的数据转换实验平台，其特征在于，在该数据转换实验平台中，CAN总线配置信息的设置由上位机操作完成，实现步骤为：

接收由CAN总线发送的数据，并进行显示；

输入数据，并将输入的数据发送到CAN总线上；

配置CAN总线传输比特率；

上位机向CAN总线连续发送数据；

上位机选择发送递增或者递减数据；

上位机选择发送CAN总线协议的远程帧。

7.如权利要求6所述的数据转换实验平台，其特征在于，CAN总线配置信息的设置由上位机操作完成的具体实现步骤为：接收由CAN总线发送的数据并显示在PC机的显示器上，在后台调用USB驱动程序中API函数，接收由USB发送的数据，在上位机程序中点击“接收”时，程序产生系统事件，程序调用显示函数，将接收到的数据的前两个字节显示到ID位置，根据ID确定的数据长度按字节将接收数据显示到数据位置；

在数据框中输入要发送的数据，上位机程序调用USB设备驱动程序中的发送API函数，将输入的数据加入数据识别信息发送到USB总线上，由USB数据收发控制模块进行接收与分析；

配置CAN总线传输比特率，在比特率选择框中选择比特率，然后选择配置，上位机程序会将比特率信息加入识别信息再发送到USB总线上；

选中连续发送功能后，上位机程序调用连续发送函数，将输入框中的数据按照设置的延迟，调用系统延迟函数，每延迟一定周期调用USB驱动程序中的发送API，将数据发送到USB总线上；

选择递减或递增发送时，上位机程序会调用递增递减发送函数，将发送数据由1到255每隔一个延迟连续发送到USB总线上；

发送远程帧，写入远程帧ID号并选择发送远程帧，上位机程序调用USB驱动程序中的发送API函数，将远程帧ID号以及远程帧识别信息发送到USB总线上。

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