CN201114143Y - 一种通用串口到can总线接口的转换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种通用串口到CAN总线接口的转换器，包括接入物理总线的通用串口的接口电路、CAN总线接口的接口电路和内置CAN控制器的CPU主控模块，所述CAN总线接口通过CAN光电隔离器与CPU主控模块连接，通用串口的接口电路通过串口光电隔离器与CPU主控模块连接；CAN总线接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC模块；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。本实用新型提供的通用串口到CAN总线接口的转换器对于实现CAN接口设备和串口设备之间的互连通讯以及提高串口通讯速率，将起到重要的作用，在工业控制网络中具有较强的应用价值。

Description

一种通用串口到CAN总线接口的转换器
技术领域
本实用新型涉及一种接口转换器，具体为一种通用串口到CAN总线接口的转换器。
背景技术
控制器局域网CAN(Controller Area Network)是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络，主要应用在汽车监控、开关量控制，制造业等领域内的数据通信。CAN总线是现场总线的主流品种之一，具有可靠性高、实时性强、稳定性好、抗干扰能力强、开发成本低等特点，在工业控制领域得到了普遍应用，并被认为是最有前途的现场总线之一。CAN总线主要有以下特点：
(1)CAN总线为多主方式工作，介质访问采用非破坏性位仲裁方式，能够有效避免总线冲突；支持点～点、点～多点和全局广播方式接收、发送数据，多节点同时发送信息时，具有优先级选择。
(2)信号传输采用短帧结构，占用总线时间短；数据采用循环冗余码CRC校验，出错率低，具有较强的抗干扰能力。
(3)采用数据块编码，数据块标识码可由11位或29位二进制数组成，最多可定义211或229个数据块，可使不同节点同时接收相同数据。
(4)信号传输介质为双绞线，通信速度高；通信距离40m时，波特率可达1Mbps；通信距离达到10km时，仍可达5kbps，可挂接设备最多可达110个。
(5)具有节点自关闭功能：节点在错误严重时自动关闭输出功能，从而避免总线节点的相互扰动。
CAN总线与传统的标准串行总线RS-232和RS-485相比，除了在硬件成本、开发难度上，RS-232和RS-485稍具优势外，其他性能方面都没有可比性。但是在产品更新速度特别快的今天，如果将产品的上市时间、产品的后期维护、软件开发难度等计算在一起，RS-232和RS-485的硬件成本优势也变得不十分明显。因而CAN-bus取代RS-232和RS-485总线有着相对明显的优越性，那么从RS-232/485总线到CAN-bus的过渡产品(即通用串口到CAN-bus接口的转换产品)就成为其中重要的桥梁。
实用新型内容
针对上述背景技术，结合CAN总线以及通用串口RS485和RS232的特点，本实用新型旨在提供一种通用串口到CAN总线接口的转换器，实现通用串口与CAN总线接口通讯的目的，作为RS-232/485总线到CAN总线的过渡装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种通用串口到CAN总线接口的转换器，包括接入物理总线的通用串口的接口电路、CAN总线接口的接口电路和内置CAN控制器的CPU主控模块，所述CAN总线接口通过CAN光电隔离器与CPU主控模块连接，通用串口的接口电路通过串口光电隔离器与CPU主控模块连接；CAN总线接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC模块；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。
上述CPU主控模块采用了内置CAN控制器的微处理器P87C591，CAN总线接口的接口电路包括型号为PCA82C250的驱动器，所述光电耦合器采用6N137；所述通用串口的接口电路包括RS232收发器MAX232和RS-481收发器MAX481，所述复位电路采用的是MAX813L；外扩数据寄存器采用的是E2PROM-AT24C02。
本实用新型的工作原理是：所述通用串口到CAN总线接口的转换器，包括面向通用串口及CAN接口的接口电路，提供控制器与物理总线之间的接口；内置CAN控制器的CPU主控模块负责监控任务。所述CAN接口、通用串口的接口电路与CPU主控模块之间连接的用来信号隔离的CAN光电隔离器和串口光电隔离器能够有效的增加系统的可靠性和抗干扰能力；CAN接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC模块作为系统电源和接口电路中收发器的电源隔离，用于提高节点的稳定性和安全性；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。
微处理器P87C591通过内置的CAN控制器实现数据的接收和发送通信任务。在该系统中为了实现串口通道的切换，可设置跳线槽用于手动选择，通过给CPU输入不同的信号值，从而判断外部接口是RS-232还是RS-485，继而选通相应的数据通道；微处理器的信号输出端接入CAN接收器输入端和输出端，通过光电耦合器6N137接到CAN接口收发器的RXDC和TXDC。这样在提高CAN总线节点抗干扰能力的同时很好的实现了CAN节点间的电气隔离。
RS-485总线的接口电路提供收发器MAX481，RS232总线端连接的接口电路提供收发器MAX232；且上述接口电路均采用了电源隔离。
E2PROM-AT24C02作为外扩数据寄存器，保护设定的系统参数值，使其在上电复位时，CPU可以读取而不至于需要重新设定。MAX813L芯片组成的复位电路则能保证系统运行的稳定性，在上电、掉电以及警戒情况下复位输出。
本实用新型在工业设备上，若电路板之间距离足够接近，CAN通信速率至少可达到19.2Kbit/s；在总线上，232/485通信速率可达9600bit/s；与PC机相连，通信速率可达115.2K bit/s。
综上所述，本实用新型提供的通用串口到CAN总线接口的转换器对于实现CAN接口设备和串口设备之间的互连通讯以及提高串口通讯速率，将起到重要的作用，在工业控制网络中具有较强的应用价值。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构框图；
图2是实施例中整体电路原理图；
图3是实施例中P87C591接口电路连接图；
图4是实施例中82C250接口电路连接图；
图5是实施例中RS-232接口电路连接图；
图6是实施例中RS-485接口电路连接图；
图7是实施例中复位电路连接图；
图8是实施例中光电隔离器电路连接图。
在附图1中：
1-通用串口的接口电路        2-CAN总线接口的接口电路
3-CPU主控模块               4-CAN光电隔离器
5-串口光电隔离器            6-DC/DC模块
7-外扩数据寄存器            8-复位电路
具体实施方式
本实施例中提供的所述通用串口到CAN总线接口的转换器，其具体实施方案如下：
参照附图1，本实用新型除了内置CAN控制器的CPU主控模块3，主要还包括了面向通用串口及CAN接口的接口电路1、2，其包括收发器和驱动器，从而提供控制器与物理总线之间的接口；电源隔离的DC/DC模块6；信号隔离的CAN光电隔离器4和串口光电隔离器5；外扩数据寄存器E2PROM 7和看门狗复位电路8。
参照附图2，实施例中的CPU主控模块3采用了内置CAN控制器的微处理器P87C591、CAN总线驱动器采用PCA82C250、CAN光电隔离器4和串口光电隔离器5采用6N137、RS-232总线收发器采用Maxim公司MAX232、RS-485总线收发器采用MAX481，以及看门狗复位电路8采用MAX813L、外扩数据寄存器7采用E2PROM-AT24C02。
微处理器P87C591通过内置的CAN控制器实现数据的接收和发送等通信任务。P1.6接到AT24C02的SCL，作为I2C串行时钟线；P1.7接到AT24C02的SDA，作为I2C串行数据线；P3.6接到MAX813L的WDI，作为复位电路8输入信号；P2.0作为跳线检测信号，从而判断外部接口是RS-232还是RS-485，继而选通相应的数据通道，通过软件编程控制实现；P2.2接到AT24C02的WP，做数据保护；P1.0和P1.1分别作为CAN接收器输入端和输出端，通过光电耦合器6N137接到PCA82C250的RXDC和TXDC。这样在提高CAN总线节点抗干扰能力的同时很好的实现了CAN节点间的电气隔离。同时，光耦部分电路采用的电源使用了DC/DC模块6，提高了节点的稳定性和安全性。
CAN总线接口的接口电路2采用的PCA82C250使用了安全和抗干扰措施。CANL和CANH引脚通过一个125欧姆的电阻接到了一起，电阻可起到一定的限流作用，保护PCA82C250免受过流的冲击，CANL和CANH与地之间并联了两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。另外，在两根CAN总线输入端与地之间分别接了一个防雷击管，当两输入端与地之间出现瞬变干扰时，通过防雷击管的放电可起到一定的保护作用。瞬变干扰是电磁兼容领域中主要的一种干扰方式，特别是雷击浪涌波，由于持续时间短、脉冲幅值高，能量大，给电子电气设备的正常运行带来了极大的威胁。PCA82C250的Rs脚上有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通信速度适当调整，一般在16～140K之间。
通用串口即RS-232、RS-485总线的接口电路1设计均采用工程设计中的经典电路，都采用了电源隔离。E2PROM-AT24C02作为外扩数据寄存器7，保护系统参数值，使其在上电复位时，CPU可以读取而不至于需要重新设定。MAX813L芯片组成的复位电路可用于在系统上电、掉电、以及警戒情况下复位输出。
参照附图3，本实施例采用Philips公司生产的P87C591作为主控芯片，P87C591在与MCS-51完全兼容的基础上增加了CAN控制器。它的CAN功能是在SJA1000的基础上有所增强。它采用了强大的80C51指令集并成功地包括了Philips半导体公司CAN控制器(SJA1000)的PeliCAN功能。全静态内核提供了扩展的节电方式、振荡器可停止和恢复而不会丢失数据。改进的1∶1内部时分频器在12MHz外部时钟速率时实现500ns指令周期。
参照附图4的CAN总线接口的接口电路2，为总线驱动器82C250接口电路，其提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，对CAN总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力。
参照附图5的RS-232收发器MAX232接口电路，MAX232是一个双驱动器和接收器的装置，它所包含的电容电压产生器可提供单一5V电源到EIA-232电平的转换。每个接收器转换EIA-232电平输入到5V TTL/CMOS电平。接收器的门限电压均是典型值1.3V，并伴随有0.5V的迟滞，可接受±30V输入。每个驱动器转换TTL/CMOS电平到EIA-232电平。
参照附图6，RS-485收发器MAX481接口电路，MAX481是面向RS-485和RS422通信的低功率收发器。每个元件包括一个驱动器和一个接收器。MAX481的驱动器震荡速率没有限制，允许达到2.5Mbps。当空载或者满载驱动器无法驱动时，收发器可在120uA到500uA的提供电流下驱动。另外，MAX481还有低电流关闭模式，仅通过0.1uA的电流。所有部件在单一5V电源作用下可运行。驱动器被短路电流限制并且在过度功率损耗的情况下，由热关闭电路使驱动器输出进入高阻态，从而得到保护。接收器输入有自动防故障的特性，保证在输入是开路的情况下逻辑高电平输出。
参照附图7，复位电路8采用了MAX813L芯片。MAX813L微处理器监控电路降低了μP系统中用来监控电力供应和电池功能的元件的复杂性和数量。这些元器件显著地改善了系统可靠性和相比于分离IC或离散器件的精确度。
参照附图8，信号隔离是通过光电隔离器来实现的。光电隔离器6N137就是实现CAN总线节点的电气隔离作用的器件，它对于提高节点的稳定性和安全性起到了很好的作用。

Claims (2)

1. 一种通用串口到CAN总线接口的转换器，其特征在于，其包括接入物理总线的通用串口的接口电路、CAN总线接口的接口电路和内置CAN控制器的CPU主控模块，所述CAN总线接口通过CAN光电隔离器与CPU主控模块连接，通用串口的接口电路通过串口光电隔离器与CPU主控模块连接；CAN总线接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC模块；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。
2. 根据权利要求1所述通用串口到CAN总线接口的转换器，其特征在于，所述CPU主控模块采用了内置CAN控制器的微处理器P87C591，CAN总线接口的接口电路包括型号为PCA82C250的驱动器，所述CAN光电隔离器和串口光电隔离器采用6N137；所述通用串口的接口电路包括RS232收发器MAX232和RS-485收发器MAX481，所述复位电路采用的是MAX813L；外扩数据寄存器采用的是E2PROM-AT24C02。
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