CN109361584A - 一种can总线输入输出接口系统 - Google Patents

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CN109361584A CN201811225472.1A CN201811225472A CN109361584A CN 109361584 A CN109361584 A CN 109361584A CN 201811225472 A CN201811225472 A CN 201811225472A CN 109361584 A CN109361584 A CN 109361584A
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徐梁
张龙浩
陈国强
杜明昊
陈永春
沈腾
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Abstract

本发明属于数字电子技术，提供了一种CAN总线输入输出接口系统，包括：微控、低速/容错CAN收发块、高速CAN收发块、切换电路和CAN类型判断电路。当切换电路与外部CAN总线连接切断时，CAN类型判断电路根据CAN高线上的电压和CAN低线上的电压的差值，判断设备当前接入的外部CAN总线类型，并将判断结果发送给微控，微控向切换电路发送CAN收发器切换信号，控制切换电路与低速/容错CAN收发块、高速CAN收发块的连接状态；向切换电路发送CAN收发器接入信号，控制切换电路与外部CAN总线连接的建立，实现CAN收发器与外部CAN总线的通信。

Description

一种CAN总线输入输出接口系统
技术领域
本发明涉及汽车总线网络中CAN总线通信技术领域，更具体地说，涉及一种CAN总线输入输出接口系统。
背景技术
高速CAN和低速/容错CAN都是使用两根信号线，分别为CAN_H(外部CAN总线的CAN高线)和CAN_L(外部CAN总线的CAN低线)。根据CAN的物理层标准，高速CAN和低速/容错CAN的区别在于两者处于显性状态、隐形状态和休眠状态时，CAN_H线和CAN_L线的总线电压不同。其次，高速CAN和低速/容错CAN分别采用了不同的CAN收发器，且不同的收发器具有不同的电路设计。鉴于高速CAN和低速/容错CAN的上述区别，因此，通常不能在同一总线上同时实现高速CAN和低速/容错CAN两种形式。
为了在设备上实现既支持高速CAN又支持低速/容错CAN，如图1所示现有技术中一种系统连接示意图，包括上位机100和CAN总线输入输出接口系统200，其中CAN总线输入输出接口系统200包括微控210和可以进行人工插拔的CAN收发器220，CAN总线输入输出接口系统200和外部CAN总线的CAN高线001、外部CAN总线的CAN低线002连接，其中，我们可以根据实际需要，在CAN总线输入输出接口系统上人工手动更换收发器类型，以实现支持高速CAN和低速/容错CAN的功能。
但是因为高速CAN收发块和低速/容错CAN收发块从外表上看基本相同，所以用户选择收发器时很容易选错，误将高速CAN收发块接入低速/容错CAN总线，或是反之，将低速/容错CAN收发块接入高速CAN总线。这样不仅会导致设备不能正常工作，还会影响到CAN总线上的信号，使CAN总线上的通讯收到干扰，严重时可能导致连接在CAN总线上的其他设备产生误动作，发生危险。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种CAN总线输入输出接口系统，使之能够自动更换收发器类型，以实现支持高速CAN和低速/容错CAN的功能。
本发明的技术方案为：
所述一种CAN总线输入输出接口系统，其特征在于，包括：微型控制器、低速/容错CAN收发块、高速CAN收发块、切换电路和CAN类型判断电路；
所述微型控制器的第一输出端与所述低速/容错CAN收发块的输入端连接，所述微型控制器的第一输入端可以与所述低速/容错CAN收发块的输出端连接；所述微型控制器的第二输出端与所述高速CAN收发块的输入端连接，所述微型控制器的第二输入端可以与所述高速CAN收发块的输出端连接；所述微型控制器通过发送不同的TXD和接收不同的RXD，能够实现低速/容错CAN收发块和高速CAN收发块数字信号部分的切换；
所述低速/容错CAN收发块的第一I/O端口与所述切换电路的第一切换端连接，所述低速/容错CAN收发块的第二I/O端口与所述切换电路的第二切换端连接；所述高速CAN收发块的第一I/O端口与所述切换电路的第三切换端连接，所述高速CAN收发块的第二I/O端口与所述切换电路的第四切换端连接；所述切换电路的第一连接端与外部CAN总线的CAN高线连接，所述切换电路的第二连接端与外部CAN总线的CAN低线连接；所述切换电路的第一连接端与所述CAN类型判断电路的第一输入端连接，所述切换电路的第二连接端与所述CAN类型判断电路的第二输入端连接；
所述CAN类型判断电路根据外部CAN总线的CAN高线上的电压和外部CAN总线的CAN低线上的电压的差值，判断设备当前接入的外部CAN总线类型，并将判断结果发送给与所述CAN类型判断电路相连的所述微型控制器；所述微型控制器的第一控制端与所述切换电路的第一控制端连接，所述微型控制器的第二控制端与所述切换电路的第二控制端连接；当所述切换电路与外部CAN总线连接切断时，所述微型控制器根据外部CAN总线类型的判断结果，能够向所述切换电路发送CAN收发器切换信号，控制所述切换电路与所述低速/容错CAN收发块、所述高速CAN收发块的连接状态；并能够向所述切换电路发送CAN收发器接入信号，控制所述切换电路与外部CAN总线连接的建立，实现CAN收发器与外部CAN总线的通信。
进一步的优选方案，所述一种CAN总线输入输出接口系统，其特征在于，所述切换电路包括第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路包括：第一静触点、第二静触点、第三静触点、第四静触点、第一动触点和第二动触点；所述第一静触点与所述第一切换端连接，所述第二静触点与所述第三切换端连接，所述第三静触点与所述第二切换端连接，所述第四静触点与所述第四切换端连接；所述第一动触点能够与所述第一静触点、所述第二静触点连接，所述第二动触点能够与所述第三静触点、所述第四静触点连接；所述第二开关电路包括：第五静触点、第六静触点、第三动触点和第四动触点；所述第五静触点与所述第一连接端连接，所述第六静触点与所述第二连接端连接；所述第三动触点能够与所述第五静触点连接，所述第四动触点能够与所述第六静触点连接；
其中，所述第一开关电路的第一动触点与所述第二开关电路的第三动触点连接，所述第一开关电路的第二动触点与所述第二开关电路的第四动触点连接。
进一步的优选方案，所述一种CAN总线输入输出接口系统，其特征在于，所述第一开关电路包括两个联动的单刀双掷继电器，所述第二开关电路包括两个联动的单刀单掷继电器；所述两个联动的单刀双掷继电器，接收所述微型控制器发送的CAN收发器切换信号，控制其常开端和常闭端的切换，实现所述第一开关电路与所述低速/容错CAN收发块、所述高速CAN收发块的连接状态；所述两个联动的单刀单掷继电器，接收所述微型控制器发送的CAN收发器接入信号，控制其通断，实现所述第二开关电路与外部CAN总线连接的切断或建立。
有益效果
本发明提供了一种CAN总线输入输出接口系统，包括：微控、低速/容错CAN收发块、高速CAN收发块、切换电路和CAN类型判断电路。当切换电路与外部CAN总线连接切断时，CAN类型判断电路根据CAN高线上的电压和CAN低线上的电压的差值，判断设备当前接入的外部CAN总线类型，并将判断结果发送给微控，微控向切换电路发送CAN收发器切换信号，控制切换电路与低速/容错CAN收发块、高速CAN收发块的连接状态；向切换电路发送CAN收发器接入信号，控制切换电路与外部CAN总线连接的建立，实现CAN收发器与外部CAN总线的通信。本发明提供的CAN总线输入输出接口系统自动判断当前接入的外部CAN总线类型，自动将合适的CAN收发器接入CAN总线，无需人工干涉，有效避免了因用户选择CAN收发器出错而带来的影响。而且，高速CAN收发块和低速/容错CAN收发块始终不会同时接入外部CAN总线，从而避免了对CAN总线上的信号产生的影响，保证了通信信号的质量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术中一种系统连接示意图；
图2为本发明实施例公开的一种CAN总线输入输出接口系统的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种高速CAN总线电压示意图；
图4为本发明实施例公开的一种低速/容错CAN总线电压示意图；
图5为本发明实施例公开的一种高速CAN总线休眠电平示意图；
图6为本发明实施例公开的一种低速/容错CAN总线休眠电平示意图；
图7为本发明实施例公开的一种CAN类型判断电路原理示意图；
图8为本发明实施例公开的一种切换电路原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图2所示，本发明实施例公开的一种CAN总线输入输出接口系统的结构示意图，包括微控210、低速/容错CAN收发块221、高速CAN收发块222、切换电路230和CAN类型判断电路240；其中，CAN(Controller Area Network)是控制器局域网络的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议。微控210(Micro Controller Unit，即MCU)是一种可以将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。所述微控210的第一输出端可以与所述低速/容错CAN收发块221的输入端连接，所述微控210的第一输入端可以与所述低速/容错CAN收发块221的输出端连接；具体的，所述微控210可以向所述低速/容错CAN收发块221发送LCAN_TXD(低速/容错CAN数字信号发送)，同时，还可以接收所述低速/容错CAN收发块221发送的LCAN_RXD(低速/容错CAN数字信号接收)。所述微控210的第二输出端可以与所述高速CAN收发块222的输入端连接，所述微控210的第二输入端可以与所述高速CAN收发块222的输出端连接；具体的，所述微控210可以向所述高速CAN收发块222发送HCAN_TXD(高速CAN数字信号发送)，同时，可以接收所述高速CAN收发块222发送的HCAN_RXD(高速CAN数字信号接收)。所述微控210通过发送不同的TXD和接收不同的RXD，来实现低速/容错CAN收发块221和高速CAN收发块222数字信号部分的切换。
本领域的技术人员可以理解的是，上述的数字信号的发送和数字信号的接收都是相对于所述微控210而言的。所述低速/容错CAN收发块221的第一I/O端口可以与所述切换电路230的第一切换端231连接，所述低速/容错CAN收发块221的第二I/O端口可以与所述切换电路230的第二切换端232连接；所述高速CAN收发块222的第一I/O端口可以与所述切换电路230的第三切换端233连接，所述高速CAN收发块222的第二I/O端口可以与所述切换电路230的第四切换端234连接；所述切换电路230的第一连接端235可与外部CAN总线的CAN高线001连接，所述切换电路230的第二连接端236可与外部CAN总线的CAN低线002连接；所述第一连接端235可以与所述CAN类型判断电路240的第一输入端连接，所述第二连接端236可以与所述CAN类型判断电路240的第二输入端连接，所述CAN类型判断电路240可以根据所述外部CAN总线的CAN高线001上的电压和所述外部CAN总线的CAN低线002上的电压的差值，判断设备当前接入的外部CAN总线类型，并可以将判断结果发送给与所述CAN类型判断电路240相连的所述微控210；所述微控210的第一控制端211可以与所述切换电路230的第一控制端237连接，所述微控210的第二控制端212可以与所述切换电路230的第二控制端238连接；当所述切换电路230与外部CAN总线连接切断时，所述微控210可以根据所述外部CAN总线类型的判断结果，向所述切换电路230发送CAN收发器切换信号(CAN TransceiverSwitch signal，记为TS信号)，控制所述切换电路230与所述低速/容错CAN收发块221、所述高速CAN收发块222的连接状态；可以向所述切换电路230发送CAN收发器接入信号(CANTransceiver Connect signal，记为TC信号)，控制所述切换电路230与外部CAN总线连接的建立，实现CAN收发器与外部CAN总线的通信。
本领域技术人员可以理解的是，外部CAN总线处于显性位、隐性位和休眠时，高速CAN的CAN高线(CAN_H)的电压值始终不低于高速CAN的CAN低线(CAN_L)的电压值；低速/容错CAN的CAN高线(CAN_H)的电压值有可能高于低速/容错CAN的CAN低线(CAN_L)的电压值，也有可能低于低速/容错CAN的CAN低线(CAN_L)的电压值。具体的，如图3所示高速CAN总线电压示意图，高速CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002上的电压差值在1.5V～3.0V时表示显性电平即信号0，CAN_H线001和CAN_L线002上的电压差值为-0.05V～0.05V时表示隐性电平即信号1(电压波动0.05V)。图3中可以看出，高速CAN的CAN_H线001的电压值始终不低于高速CAN的CAN_L线002的电压值。如图4所示低速/容错CAN总线电压示意图，低速/容错CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002上的电压差值在2.2V～5V时表示显性电平即信号0，CAN_H线和CAN_L线上的电压差值为-5V～-4.4V时表示隐性电平即信号1。图4中可以看出，低速/容错CAN的CAN_H线001的电压值有可能高于低速/容错CAN的CAN_L线002的电压值，也有可能低于低速/容错CAN的CAN_L线002的电压值。如图5所示高速CAN总线休眠电平示意图，高速CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002在时间A时休眠，休眠时其电压差值为0V。如图5所示高速CAN总线休眠电平示意图，高速CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002在时间A时休眠，休眠时其电压差值为0V。如图6所示低速/容错CAN总线休眠电平示意图，低速/容错CAN中，CAN_H线001和CAN_L线002在时间B时休眠，休眠时电压差值为-12V。综上所述，高速CAN总线和低速/容错CAN总线各状态下的电压值对比如表1所示：
表1
如图7所示，本发明公开的一种CAN类型判断电路原理示意图，包括：外部CAN总线线电压采集电路010、滞回比较器020和直流偏置电路030。具体的，外部CAN总线线电压采集电路010包括CAN线电压采集电阻R1和CAN线电压采集电阻R2，CAN线电压采集电阻R1可以与外部CAN总线的CAN高线001连接，CAN线电压采集电阻R2可以与外部CAN总线的CAN低线002连接，CAN线电压采集电阻R1的电阻值可以大于1兆欧姆，CAN线电压采集电阻R2的电阻值也可以大于1兆欧姆，以避免对外部CAN总线上的信号造成影响，对外部CAN总线线电压的采集造成干扰。其中，A点的电压为VA＝(VCAN_H-VCAN_L)/2，不同类型的外部CAN总线，在不同状态下A点电压不同，如表2所示：
表2
显性位 隐性位 休眠
高速CAN总线 1.1V 0V 0V
低速/容错CAN总线 1.5V -2.5V -6V
CAN总线规范ISO11898规定，CAN总线在发送五个显性位后，一定要发送一个隐性位；在发送五个隐性位后，一定要发送一个显性位，即CAN总线若不在休眠状态，显性位和隐性位一定会交替出现。所以，若设备接入的是高速CAN总线，则A点电压VA一直不为负；若设备接入的是低速/容错CAN总线，则A点电压VA一定会出现负值。
滞回比较器020包括运算放大器A1、电阻R3、电阻R4和电阻R5，合理设置电阻R3和电阻R4的值，可以将滞回比较器020的阈值设置在+0.5V和-0.5V；在VA大于0.5V时，B点的电压为5V，在VA小于-0.5V时，B点的电压为-5V。当外部CAN总线受到外部干扰时，CAN_H和CAN_L上的电平可能会产生波动，使表2中的0V有微小波动(如0V变为0.1V)。为避免外部干扰的影响，我们可以将滞回比较器020的阈值由0V设置为正负0.5V，以使外部CAN总线类型判断更加准确。其中，运算放大器A1的电压可以根据实际需要进行更换。
直流偏置电路030包括电阻R6和电阻R7，其供电电压为5V，其中，供电电压可以根据选择器件的不同进行更换。直流偏置电路030可以对B点的幅值为+5V和-5V的信号进行电平调整，使得B点为+5V时，CT信号(CAN Type signal，CAN类型判断信号)输出为+5V高电平，B点为-5V时，CT信号输出为0V低电平，以得到适合微控210的CAN类型判断信号。
综上可以看出，若设备接入的是高速CAN总线，则CT信号一直为+5V高电平；若设备接入的是低速/容错CAN总线，则CT信号为低电平或是高低电平交替的电平信号，微控210对设备接入外部CAN总线后一段时间(例如20ms)内CT信号采集，即可以判断当前设备接入的外部CAN总线类型。
如图8所示，本发明实施例公开的一种切换电路原理示意图，切换电路包括：第一开关电路1和第二开关电路2；所述第一开关电路1包括：第一静触点01、第二静触点02、第三静触点03、第四静触点04、第一动触点05和第二动触点06；所述第一静触点01可以与所述第一切换端231连接，所述第二静触点02可以与所述第三切换端233连接，所述第三静触点03可以与所述第二切换端232连接，所述第四静触点04可以与所述第四切换端234连接；所述第一动触点05可与所述第一静触点01、所述第二静触点02连接，所述第二动触点06可与所述第三静触点03、所述第四静触点04连接；所述第二开关电路2包括：第五静触点10、第六静触点11、第三动触点12和第四动触点13；所述第五静触点10可以与所述第一连接端235连接，所述第六静触点11可以与所述第二连接端236连接；所述第三动触点12可与所述第五静触点10连接，所述第四动触点13可与所述第六静触点11连接；其中，所述第一开关电路1的第一动触点05与所述第二开关电路2的第三动触点12连接，所述第一开关电路1的第二动触点06与所述第二开关电路2的第四动触点13连接。
本领域技术人员可以理解的是，第一开关电路1包括两个联动的单刀双掷继电器S1、S2，第二开关电路2包括两个联动的单刀单掷继电器S3、S4；两个联动的单刀双掷继电器S1、S2，可以接收微控210发送的CAN收发器切换信号(CAN TransceiverSwitch signal，记为TS信号)，控制其常开端和常闭端的切换，以实现第一开关电路1与所述低速/容错CAN收发块221、所述高速CAN收发块222的连接状态；两个联动的单刀单掷继电器S3、S4，可以接收微控210发送的CAN收发器接入信号(CANTransceiver Connect signal，记为TC信号)，控制其通断，以实现第二开关电路2与外部CAN总线的切断或建立。
具体的，例如，当单刀双掷继电器S1的常闭端(第一静触点01与第一动触点05接触)和单刀双掷继电器S2的常闭端(第三静触点03与第二动触点06接触)分别与低速/容错CAN收发块221连接，单刀双掷继电器S1的常开端(第二静触点02未与第一动触点05接触)和单刀双掷继电器S2的常开端(第四静触点04未与第二动触点06接触)分别与高速CAN收发块222连接，单刀单掷继电器S3和单刀单掷继电器S4均处于断开状态，即切换电路230未与外部CAN总线建立连接关系。当CAN类型判断电路240判断外部CAN总线的类型为高速CAN总线时，CAN类型判断电路240将该判断结果发送与其连接的微控210，微控210先向切换电路230发送TS信号，以控制单刀双掷继电器S1和单刀双掷继电器S2完成由常闭端到常开关的切换，即完成低速/容错CAN收发块221和高速CAN收发块222的切换；微控210再向切换电路230发送TC信号，以使单刀单掷继电器S3和单刀单掷继电器S4与外部CAN总线建立连接关系。其中，单刀双掷继电器S1的常闭端和单刀双掷继电器S2的常闭端还可以分别与高速CAN收发块222连接，单刀双掷继电器S1的常开端和单刀双掷继电器S2的常开端分别与低速/容错CAN收发块221连接，工作原理同上，此处不再赘述。
综上可以看出，CAN总线输入输出接口系统开始时接入外部CAN总线，但是二者未建立连接关系，CAN类型判断电路240判断外部CAN总线的类型后，将判断结果发送给与其连接的微控210，微控210先向切换电路230发送CAN收发器切换信号即TS信号，以选择合适的CAN收发器，然后向切换电路230发送CAN收发器接入信号即TC信号，以保证接入的外部CAN总线的类型与接入的CAN收发器类型保持一致。并且，低速/容错CAN收发块221和高速CAN收发块222不会同时接入CAN总线，从而避免了对CAN总线上的信号产生的影响，保证了通信信号的质量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种CAN总线输入输出接口系统，其特征在于，包括：微型控制器、低速/容错CAN收发块、高速CAN收发块、切换电路和CAN类型判断电路；
所述微型控制器的第一输出端与所述低速/容错CAN收发块的输入端连接，所述微型控制器的第一输入端可以与所述低速/容错CAN收发块的输出端连接；所述微型控制器的第二输出端与所述高速CAN收发块的输入端连接，所述微型控制器的第二输入端可以与所述高速CAN收发块的输出端连接；所述微型控制器通过发送不同的TXD和接收不同的RXD，能够实现低速/容错CAN收发块和高速CAN收发块数字信号部分的切换；
所述低速/容错CAN收发块的第一I/O端口与所述切换电路的第一切换端连接，所述低速/容错CAN收发块的第二I/O端口与所述切换电路的第二切换端连接；所述高速CAN收发块的第一I/O端口与所述切换电路的第三切换端连接，所述高速CAN收发块的第二I/O端口与所述切换电路的第四切换端连接；所述切换电路的第一连接端与外部CAN总线的CAN高线连接，所述切换电路的第二连接端与外部CAN总线的CAN低线连接；所述切换电路的第一连接端与所述CAN类型判断电路的第一输入端连接，所述切换电路的第二连接端与所述CAN类型判断电路的第二输入端连接；
所述CAN类型判断电路根据外部CAN总线的CAN高线上的电压和外部CAN总线的CAN低线上的电压的差值，判断设备当前接入的外部CAN总线类型，并将判断结果发送给与所述CAN类型判断电路相连的所述微型控制器；所述微型控制器的第一控制端与所述切换电路的第一控制端连接，所述微型控制器的第二控制端与所述切换电路的第二控制端连接；当所述切换电路与外部CAN总线连接切断时，所述微型控制器根据外部CAN总线类型的判断结果，能够向所述切换电路发送CAN收发器切换信号，控制所述切换电路与所述低速/容错CAN收发块、所述高速CAN收发块的连接状态；并能够向所述切换电路发送CAN收发器接入信号，控制所述切换电路与外部CAN总线连接的建立，实现CAN收发器与外部CAN总线的通信。
2.根据权利要求1所述一种CAN总线输入输出接口系统，其特征在于，所述切换电路包括第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路包括：第一静触点、第二静触点、第三静触点、第四静触点、第一动触点和第二动触点；所述第一静触点与所述第一切换端连接，所述第二静触点与所述第三切换端连接，所述第三静触点与所述第二切换端连接，所述第四静触点与所述第四切换端连接；所述第一动触点能够与所述第一静触点、所述第二静触点连接，所述第二动触点能够与所述第三静触点、所述第四静触点连接；所述第二开关电路包括：第五静触点、第六静触点、第三动触点和第四动触点；所述第五静触点与所述第一连接端连接，所述第六静触点与所述第二连接端连接；所述第三动触点能够与所述第五静触点连接，所述第四动触点能够与所述第六静触点连接；
其中，所述第一开关电路的第一动触点与所述第二开关电路的第三动触点连接，所述第一开关电路的第二动触点与所述第二开关电路的第四动触点连接。
3.根据权利要求2所述一种CAN总线输入输出接口系统，其特征在于，所述第一开关电路包括两个联动的单刀双掷继电器，所述第二开关电路包括两个联动的单刀单掷继电器；所述两个联动的单刀双掷继电器，接收所述微型控制器发送的CAN收发器切换信号，控制其常开端和常闭端的切换，实现所述第一开关电路与所述低速/容错CAN收发块、所述高速CAN收发块的连接状态；所述两个联动的单刀单掷继电器，接收所述微型控制器发送的CAN收发器接入信号，控制其通断，实现所述第二开关电路与外部CAN总线连接的切断或建立。
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