CN1649301A - 一种控制器局域网总线物理中继器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的控制器局域网(CAN)总线物理中继器包括CAN收发器和逻辑控制电路，其中CAN收发器用于将线路信号转变为逻辑电平，逻辑电路控制传输方向和切换死区时间。本发明的控制器局域网总线物理中继器适合于各种速率的通信，具有保持数据透明传输，增加传输距离和节点数，隔离短路故障等优点。当其中一路短路不会影响另一路的信号传输。

Description

一种控制器局域网总线物理中继器
技术领域
本发明涉及一种控制器局域网总线物理中继器，属于现场总线传输领域。
背景技术
在工业控制、智能楼字、设备监控等领域都应用了现场总线技术。控制器局域网(以下简称CAN)总线是一种廉价的现场总线，在很多场合得到广泛应用。其最大的特点是采用无破坏仲裁技术，可以保证网络即使在重负载情况下，也保持最大的吞吐量。
CAN总线通常采用双绞线传输，目前CAN节点通讯一般直接通过与总线段相连的CAN收发器进行传输，尚存在以下缺点：收发器电气特性限制了一个CAN网段的节点数目不能超过110个；传输线特性限制了实际传输距离不能达到理论极限；总线上的故障会影响所有节点之间的通信。
CAN总线协议定义了物理层和数据链路层的标准，因此在物理层和数据链路层上实现中继，都能达到扩展CAN总线传输距离和增加节点数目的目的。但采用数据链路层中继扩展CAN总线的方法，需要由MCU控制，并要有CAN控制器和数据缓冲区，线路复杂，只能针对某一频率。还存在一个重大缺陷，即破坏了CAN总线发送节点与最终接收节点的位应答机制，使发送方无法通过应答位判断最终接收节点是否已经接收数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制器局域网总线物理中继器，以实现在扩展CAN总线传输距离和增加总线节点数目，并隔离短路故障的同时，可保持数据包的全透明传输，不破坏CAN总线发送节点与最终接收节点的位应答机制。
本发明的控制器局域网总线物理中继器包括：第一CAN收发器、第二CAN收发器、第一单稳触发器、第二单稳触发器、第一或非门、第二或非门、第一与非门和第二与非门，第一CAN收发器的输入端与第一总线段连接，第一CAN收发器的一个输出端与第一或非门及第一单稳触发器的一个输入端共接，第一CAN收发器的另一个输出端与第二与非门的输出端相连，第二CAN收发器的输入端与第二总线段连接，第二CAN收发器的一个输出端与第二或非门及第二单稳触发器的一个输入端共接，第二CAN收发器的另一个输出端与第一与非门的输出端相连，第一或非门的另一个输入端与第二或非门的输出端及第二与非门一个输入端共接，第二或非门的另一个输入端与第一或非门的输出端及第一与非门一个输入端共接，第一与非门的另一个输入端与第二单稳触发器的输出端相连，第二与非门的另一个输入端与第一单稳触发器的输出端相连。
本发明控制器局域网总线物理中继器的工作原理：CAN总线传输有两种状态，显性(0，即高电平)和隐性(1，即低电平)，由第一、第二CAN收发器将线路信号转变为逻辑电平，逻辑电路控制传输方向和切换死区时间。当第一总线段和第二总线段均为隐性时，第一CAN收发器和第二CAN收发器均发送隐性信号；当第一总线段为隐性，第二总线段为显性时，第一CAN收发器发送显性信号而第二CAN收发器发送隐性信号；当第二总线段为隐性，第一总线段为显性时，第一CAN收发器发送隐性信号而第二CAN收发器发送显性信号；当第一总线段和第二总线段均为显性时，第一CAN收发器或第二CAN收发器其中之一发送显性信号；发明中的第一单稳触发器和第二单稳触发器可防止从发送显性信号到发送隐性信号过程中发生振荡。
本发明的控制器局域网总线物理中继器适合于各种速率的通信；具有保持数据透明传输，增加传输距离和节点数，隔离短路故障等优点。当其中一路短路不会影响另一路的信号传输。
附图说明
图1是控制器局域网总线物理中继器构成原理图；
图2是控制器局域网总线物理中继器一种具体电路图。
具体实施方法
参照图1，本发明的控制器局域网总线物理中继器包括：第一CAN收发器U1、第二CAN收发器U2、第一单稳触发器U3、第二单稳触发器U4、第一或非门U5、第二或非门U6、第一与非门U7和第二与非门U8。第一CAN收发器U1的输入端与第一总线段A连接，第一CAN收发器U1的一个输出端RD1与第一或非门U5及第一单稳触发器U3的一个输入端共接，第一CAN收发器U1的另一个输出端TD1与第二与非门U8的输出端相连，第二CAN收发器U2的输入端与第二总线段B连接，第二CAN收发器U2的一个输出端RD2与第二或非门U6及第二单稳触发器U4的一个输入端共接，第二CAN收发器U2的另一个输出端TD2与第一与非门U7的输出端相连，第一或非门U5的另一个输入端与第二或非门U6的输出端及第二与非门U8一个输入端共接，第二或非门U6的另一个输入端与第一或非门U5的输出端及第一与非门U7一个输入端共接。第一或非门U5和第二或非门U6构成RS触发器，保证U5和U6的输出状态最多有一个为“1”，防止第一CAN收发器U1的输出端TD1和第二CAN收发器U2的输出端TD2同时为“0”，避免内部产生“死锁”。第一与非门U7的另一个输入端与第二单稳触发器U4的输出端相连，第二与非门U8的另一个输入端与第一单稳触发器U3的输出端相连。第一单稳触发器U3和第二单稳触发器U4均采用上跳沿触发方式，时间常数由触发器的RC决定。
本发明中，所说的第一CAN收发器U1和第二CAN收发器U2可采用82C250、82C251、TJA1040或TJA1050；第一单稳触发器U3和第二单稳触发器U4可采用LM555、LM556或74LS(HC)123；第一或非门U5和第二或非门U6可采用74LS(HC)02或74LS(HC)28；第一与非门U7和第二与非门U8可采用74LS(HC)00、74LS(HC)01或74LS(HC)03。
图2是控制器局域网总线物理中继器一种具体电路实例，此例中，第一CAN收发器U1和第二CAN收发器U2均采用82C250，第一单稳触发器U3和第二单稳触发器U4均采用74LS123，第一或非门U5和第二或非门U6均采用74LS02，第一与非门U7和第二与非门U8均采用74LS00。

Claims (1)

1.一种控制器局域网总线物理中继器，包括第一CAN收发器(U1)和第二CAN收发器(U2)，其特征是还包括逻辑控制电路，该逻辑控制电路包括第一单稳触发器(U3)、第二单稳触发器(U4)、第一或非门(U5)、第二或非门(U6)、第一与非门(U7)和第二与非门(U8)，第一CAN收发器(U1)的输入端与第一总线段(A)连接，第一CAN收发器(U1)的一个输出端(RD1)与第一或非门(U5)及第一单稳触发器(U3)的一个输入端共接，第一CAN收发器(U1)的另一个输出端(TD1)与第二与非门(U8)的输出端相连，第二CAN收发器(U2)的输入端与第二总线段(B)连接，第二CAN收发器(U2)的一个输出端(RD2)与第二或非门(U6)及第二单稳触发器(U4)的一个输入端共接，第二CAN收发器(U2)的另一个输出端(TD2)与第一与非门(U7)的输出端相连，第一或非门(U5)的另一个输入端与第二或非门(U6)的输出端及第二与非门(U8)一个输入端共接，第二或非门(U6)的另一个输入端与第一或非门(U5)的输出端及第一与非门(U7)一个输入端共接，第一与非门(U7)的另一个输入端与第二单稳触发器(U4)的输出端相连，第二与非门(U8)的另一个输入端与第一单稳触发器(U3)的输出端相连。
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