CN201163783Y - 一种基于can总线的多串口卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线的多串口卡，它包括：主控制单元、多串口扩展芯片、CAN控制器单元、光电隔离电路、CAN收发器单元、四个串口单元，主控制单元通过多串口扩展芯片与四个串口单元连接，并依次通过CAN控制器单元、光电隔离电路与CAN收发器单元连接。本实用新型的优点在于：基于CAN总线的多串口，实现了在CAN总线上构建串口网络的方式，大大提高了串口的传输距离，通信距离可以长达10公里，甚至更长。使用基于CAN总线多串口卡改变了原先1个RS－232端口只能够连接1个RS－232通信设备的情况，在CAN总线上最多可挂接2048个串口，大大增加了使用效率。

Description

一种基于CAN总线的多串口卡

技术领域

本实用新型涉及一种多串口卡，特别是涉及一种基于CAN总线设备与串口设备之间通信的多串口卡。

背景技术

目前，在工业串行通信领域中大多采用RS-232串口总线通信方式，PC机一般会提供1-4个标准RS-232端口，分别被标注为COM1-COM4端口。同时操作或编程这些标准的COM端口也是非常方便的，因为市场上有众多的串口软件调试工具可供通信测试，也有功能齐全的DLL程序开发库可供编程时调用。但随着科技的发展，串口总线的总线效率低、系统实时性差、通信可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想(在不增加缓冲器的情况下，RS-232通信的最大传输距离只可以达到15米)、单总线可挂接节点少(同1个RS-232端口只能够连接1个RS-232通信设备)、应用不灵活等缺点慢慢地暴露出来，上述因素大大限制了RS-232通信的应用领域。而且在金融行业使用串口通信出现布线复杂、成本高、可靠性低等问题也相当明显。

虽然采用CAN总线的虚拟串口方式已有应用，能解决串口传输距离和多串口应用问题，但是它采用的是CAN转换器的原理，需要在每台串口设备处安装一个CAN转换器，大大增加了串口通信的网络建设成本。而且目前在金融领域未发现使用CAN总线进行多机通信。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于CAN总线的多串口卡。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的一种基于CAN总线的多串口卡，包括：主控制单元、多串口扩展芯片、CAN控制器单元、光电隔离电路、CAN收发器单元、四个串口单元，主控制单元通过多串口扩展芯片与四个串口单元连接，并依次通过CAN控制器单元、光电隔离电路与CAN收发器单元连接。

所述的主控制单元可以是一单片机，是基于CAN总线的分布式多串口卡的核心部分，用于CAN总线和串口之间通信协议的相互转换，及传输率的控制。

所述的CAN收发器单元为CAN总线的物理层专用接口电路，是基于CAN总线的分布式多串口卡与CAN总线的接口。

所述的光电隔离电路由光电耦合器和外围电路组成，用于CAN总线上的数据电平不受电路TTL电平的影响，实现了主控制单元与CAN通信网络之间的电气隔离。

所述的四个串口单元分别由串口芯片及其外围电路组成，用于跟外部设备的连接。

本实用新型的一种基于CAN总线的多串口卡具有以下有益效果：

1、基于CAN总线的多串口，实现了在CAN总线上构建串口网络的方式，大大提高了串口的传输距离，通信距离可以长达10公里，甚至更长。

2、在串口紧缺情况下，基于CAN总线的多串口卡可当作普通多串口卡应用，虽采用CAN总线进行数据通信，但在主机串口方面看上去，其它对于通过CAN总线连接的通信串口仍可视为本地串口，即CAN总线实现了串口虚拟化。

3、使用基于CAN总线多串口卡改变了原先1个RS-232端口只能够连接1个RS-232通信设备的情况，在CAN总线上最多可挂接2048个串口，大大增加了使用效率。

4、特别是在串口设备放置距离较近的情况下，采用基于CAN总线的多串口卡应用中，无需给每台串口设备配置串口转换器，大大降低了串口通信的网络建设成本。

5、光电隔离电路的应用，实现了主控制单元与CAN通信网络之间的电气隔离。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的原理框图。

图2是本实用新型一种实施例的原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

参考图1，一种基于CAN总线的多串口卡，包括：主控制单元、多串口扩展芯片、CAN控制器单元、光电隔离电路、CAN收发器单元、四个串口单元，主控制单元通过多串口扩展芯片与四个串口单元连接，并依次通过CAN控制器单元、光电隔离电路与CAN收发器单元连接。

主控制单元选用一单片机，型号为STC89C58RD+，用于CAN总线和串口之间通信协议的相互转换，及传输率的控制，主控制单元通过控制多串口扩展芯片实现4个串口与CAN总线之间进行双向数据传输，并可根据CAN总线上的指令，控制各个串口的数据格式和波特率。

多串口扩展芯片选用ST16C554芯片，用于管理控制多达四个串口与主控制单元的通信，主控制单元通过多串口扩展芯片控制各个串口的数据格式和波特率，实现串口收到的数据经多串口扩展芯片转发到主控制单元，或主控制单元收到CAN总线的指令后通过多串口扩展芯片转发到相应的串口。

CAN控制器单元选用SJA1000芯片，用于控制CAN总线上的数据流与8位并行数据流之间的转换，并对发送到CAN总线上的数据传输速率进行控制，来自CAN总线的数据流经CAN控制器单元转换成8位并行数据流并发送到主控制单元，相反，CAN控制器单元接收来自主控制单元的8位并行数据流后转换成CAN总线数据流发送到CAN总线上。

CAN收发器单元选用PCA82C250芯片，是CAN总线的物理层专用接口电路，用于电路的单端信号与CAN总线上的差分信号的转换，是基于CAN总线的分布式多串口卡与CAN总线的接口单元，基于CAN总线的分布式多串口卡通过CAN收发器实现与CAN总线的通信。

光电隔离电路由光电耦合器和外围电路组成，用于CAN总线上的数据电平不受电路TTL电平的影响，实现了主控制单元与CAN通信网络之间的电气隔离，再送入CAN控制器单元进行数据处理，光电耦合器选用6N137(上回原理框图写错了，而且6N137不能实现电平转换)芯片。

四个串口单元分别由串口芯片及其外围电路组成，用于连接外部串口设备，串口芯片选用MAX232芯片。

参考图2，在本实用新型实际应用中，基于CAN总线的分布式多串口卡的处理步骤：

位于CAN总线上的某个主机通过CAN总线向某个串口设备发送数据或设置串口的数据格式或设置串口的波特率时，CAN收发器单元接收到CAN总线的指令后发送到光电隔离电路，进行光电隔离后再发送到CAN控制器单元进行数据处理，经CAN控制器单元进行数据处理后转换成8位并行数据流并发送到主控制单元，主控制单元对收到的指令和数据进行分析判断，发送到多串口扩展芯片，由多串口扩展芯片控制相应串口数据格式或波特率的设置，把来自CAN总线的数据发送到串口设备。

相反，来自串口设备的数据需要发送到CAN总线上的某个主机时，串口单元接收到来自串口设备的数据并暂存在主控制单元中，进行数据的分析和判断，或发送到其他相应的串口，或发送到CAN总线上。如果发送到CAN总线上其实现原理是上面步骤的简单反向发送。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1、一种基于CAN总线的多串口卡，其特征在于它包括：主控制单元、多串口扩展芯片、CAN控制器单元、光电隔离电路、CAN收发器单元、四个串口单元，主控制单元通过多串口扩展芯片与四个串口单元连接，并依次通过CAN控制器单元、光电隔离电路与CAN收发器单元连接。

2、根据权利要求1所述的基于CAN总线的分布式多串口卡，其特征在于：所述的主控制单元可以是一单片机，是基于CAN总线的分布式多串口卡的核心部分，用于CAN总线和串口之间通信协议的相互转换，及传输率的控制。

3、根据权利要求1所述的基于CAN总线的分布式多串口卡，其特征在于：所述的CAN收发器单元为CAN总线的物理层专用接口电路，是基于CAN总线的分布式多串口卡与CAN总线的接口。

4、根据权利要求1所述的基于CAN总线的分布式多串口卡，其特征在于：所述的光电隔离电路由光电耦合器和外围电路组成，用于CAN总线上的数据电平不受电路TTL电平的影响，实现了主控制单元与CAN通信网络之间的电气隔离。

5、根据权利要求1所述的基于CAN总线的分布式多串口卡，其特征在于：所述的四个串口单元分别由串口芯片及其外围电路组成，用于跟外部设备的连接。

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