CN211956196U - 一种can总线通信控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CAN总线通信控制装置，包括DSP处理器、FPGA现场可编程门阵列、CAN总线控制器和CAN总线收发器，DSP处理器通过第一电平转换芯片实现与CAN总线控制器的电连接；FPGA现场可编程门阵列通过第二电平转换芯片实现与CAN总线控制器的电连接；DSP处理器电连接FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列同时连接第一电平转换芯片；CAN总线通信控制装置通过CAN总线收发器提供的接口连接在CAN总线上。本实用新型采用两片电平转换芯片实现了DSP处理器与CAN总线控制器直接进行数据传输，结构简单、制造成本低廉，大幅降低了CAN总线的通信时间，有效确保了CAN总线数据传输的稳定性和可靠性。

Description

一种CAN总线通信控制装置

技术领域

本实用新型涉及电子信息技术领域，具体涉及一种CAN总线通信控制装置。

背景技术

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准(ISO 11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。

早期，通常使用单片机来控制CAN总线进行通信，但由于目前CAN协议的应用范围已经不再局限于汽车行业，而扩展到了机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、传感器等领域，所以人们对CAN总线的数据传输速率和稳定性有了进一步地要求。近些年，随着芯片技术的迅猛发展，采用FPGA(现场可编程门阵列)和DSP(数字信号处理器)相配合的方式，控制CAN总线的数据传输成为主流。但采用FPGA与DSP相配合的方式控制CAN总线数据传输的现有设备需要在DSP、FPGA和CAN总线控制器三者之间相互传输数据，无法实现DSP与CAN总线控制器之间的数据直传，增加了CAN总线的通信时间，降低了数据传输的稳定性和可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可实现DSP与CAN总线控制器直接进行数据传输的CAN总线通信控制装置，以减少CAN总线的通信时间，有效确保CAN总线数据传输的稳定性和可靠性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种CAN总线通信控制装置，包括DSP处理器、FPGA现场可编程门阵列、CAN总线控制器和CAN总线收发器，所述DSP处理器通过第一电平转换芯片实现与所述CAN总线控制器的电连接；所述FPGA现场可编程门阵列通过第二电平转换芯片实现与所述CAN总线控制器的电连接；所述DSP处理器电连接所述FPGA现场可编程门阵列，所述FPGA现场可编程门阵列同时连接所述第一电平转换芯片；所述CAN总线通信控制装置通过所述CAN总线收发器提供的接口连接在CAN总线上。

作为本实用新型的一种优选方案，所述DSP处理器为型号为TMS320C67x的数字信号处理芯片。

作为本实用新型的一种优选方案，所述FPGA现场可编程门阵列为EP1C6Q240C8型芯片。

作为本实用新型的一种优选方案，所述CAN总线控制器的具体型号为SJA1000。

作为本实用新型的一种优选方案，所述CAN总线收发器的具体型号为PCA82C250。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一电平转换芯片或所述第二电平转换芯片的型号为74LVC4245。

作为本实用新型的一种优选方案，所述CAN总线控制器的第二十三号引脚～第二十八号引脚、第二引脚和第一引脚分别对应连接所述第一电平转换芯片的第三引脚～第十引脚，所述CAN总线控制器的第三引脚～第六引脚分别对应连接所述第二电平转换芯片的第十八引脚～第二十一引脚，所述CAN总线控制器的第七引脚悬空、第八引脚接地，所述CAN总线控制器的第九引脚和第十引脚之间连接有一晶振电路，所述CAN总线控制器的第十一引脚和第十二引脚短接后连接5V工作电压，所述CAN总线控制器的第十三引脚连接所述CAN总线收发器的第一引脚，所述CAN总线控制器的第十四引脚和第十六引脚悬空、第十五引脚接地，所述CAN总线控制器的第十七引脚连接一复位电路，所述CAN总线控制器的第十八引脚和第二十二引脚连接5V工作电压，所述CAN总线控制器的第十九引脚和第二十引脚分别对应连接所述CAN总线收发器的第四引脚和第五引脚，所述CAN总线控制器的第二十一引脚接地。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一电平转换芯片的第十四引脚～第二十一引脚分别对应连接所述DSP处理器的地址线引脚，并同时连接所述DSP处理器的数据线引脚，所述第一电平转换芯片的第十一引脚～第十三引脚接地、第二十三引脚悬空，所述第一电平转换芯片的第一引脚分别连接所述CAN总线控制器的第十一引脚、第十八引脚和第二十二引脚，所述第一电平转换芯片的第二十四引脚连接所述FPGA现场可编程门阵列的电源输出引脚；所述第一电平转换芯片的第二引脚连接所述FPGA现场可编程门阵列的电平转换方向控制引脚，所述第一电平转换芯片的第二十二引脚接地。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第二电平转换芯片的第三引脚～第六引脚分别对应连接所述FPGA现场可编程门阵列的I/O口。

作为本实用新型的一种优选方案，所述CAN总线收发器的第二引脚接地，所述CAN总线收发器的第三引脚连接一电容后接地，所述CAN总线收发器的第三引脚同时连接5V工作电压，所述CAN总线收发器的第六引脚连接一连接件的第二输入端，所述CAN总线收发器的第七引脚连接所述连接件的第一输入端，所述连接件的第一输入端和第二输入端之间还连接有一总线阻抗匹配电阻，所述CAN总线收发器的第八引脚外接一电阻后接地，所述CAN总线通信控制装置通过所述连接件提供的接口实现与所述CAN总线的电连接。

本实用新型采用两片电平转换芯片实现了DSP处理器与CAN总线控制器直接进行数据传输，结构简单、制造成本低廉，大幅降低了CAN总线的通信时间，有效确保了CAN总线数据传输的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例所述的CAN总线通信控制装置的结构示意图；

图2是所述CAN总线控制器的结构示意图；

图3是所述第一电平转换芯片的结构示意图；

图4是所述第二电平转换芯片的结构示意图；

图5是所述CAN总线收发器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1，本实用新型实施例提供的CAN总线通信控制装置，包括DSP(DigitalSignal Processing)处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、CAN总线控制器和CAN总线收发器，DSP处理器通过第一电平转换芯片实现与CAN总线控制器的通信连接；FPGA现场可编程门阵列通过第二电平转换芯片实现与CAN总线控制器的通信连接；DSP处理器通信连接FPGA现场可编程门阵列，FPGA现场可编程门阵列同时连接第一电平转换芯片；CAN总线通信控制装置通过CAN总线收发器提供的接口连接在CAN总线上。

本实施例优选采用TMS320C67x的数字信号处理芯片作为DSP处理器。FPGA现场可编程门阵列优选采用EP1C6Q240C8型芯片。CAN总线控制器优选采用SJA1000芯片。CAN总线收发器优选采用PCA82C250型模块。第一电平转换芯片和第二电平转换芯片优选为74LVC4245型芯片。

本实用新型的工作原理为：FPGA现场可编程门阵列实现对CAN总线控制器的读写、使能等信号的控制，DSP处理器与CAN总线控制器直接进行数据传输。第一电平转换芯片和第二电平转换芯片完成FPGA芯片输出的3.3VTTL标准信号和CAN总线控制器可用的5V CMOS电平信号的相互转换。

具体地，SJA1000是一种独立的CAN总线控制器。它是Philips公司早期CAN总线控制器PCA82C200的替代品。图2示出了SJA1000型CAN总线控制器的结构示意图，请参照图2，在本实施例中，采用16MHz外接晶振为SJA1000芯片提供系统时钟，并将其数据地址复用总线引脚D0-D7与DSP处理器相连，将地址锁存信号ALE、芯片使能信号CS、读有效RD以及写有效WR引脚与FPGA的I/O口相连；MODE引脚接至高电平；发送输出端TX0与接收输入端RX0分别与PCA82C250型CAN总线收发器的TXD与RXD引脚相连；其RX1引脚与PCA82C250的参考电平输出引脚Vref相连。

TMS320C67x是TI公司推出的高性能数字信号处理芯片，工作频率最高可达1GHz，具有较强的数据处理能力，能够基本满足高速数据传输的要求。由于TMS320C67x型的DSP处理器的地址线与数据线是分开的，无法与SJA1000的地址/数据复用总线D0-D7直接相连，所以本实施例将DSP处理器的地址线A0作为地址/数据选择线，当A0＝0时，DPS数据线上的数据作为地址写入SJA1000；当A0＝1时，DSP数据线上的数据作为数据写入SJA1000。

DSP处理器主要完成对SJA1000型CAN总线控制器的初始化过程以及数据收发过程的控制。由于SJA1000内部许多寄存器只有在复位模式下才能进行读写，所以，在对SJA1000初始化之前，必须确保其进入复位模式。在其进入复位模式后，DSP处理器分别对其内部模式寄存器MOD、总线时序0寄存器BTR0、总线时序1寄存器BTR1、时钟分频寄存器CDR、输出控制寄存器OCR、中断使能寄存器IER、命令寄存器CMR、验收代码寄存器ACRn、验收屏蔽寄存器AMRn进行配置。配置结束后，再使SJA1000回到正常操作模式，等待发送或接收数据。

PCA82C250型CAN总线收发器为CAN总线控制器提供连接CAN总线的接口。图3示出了PCA82C250型CAN总线收发器的结构示意图。请参照图3，CAN总线收发器的RS引脚用于选择两种不同的工作模式：高速工作模式和斜率控制模式。由于本实施例提供的CAN总线通信控制装置内部的总线较短、波特率较低，因此，RS引脚通过外接47KΩ电阻，使CAN总线收发器工作在斜率控制模式。在CANH和CANL引脚之间连接一个120Ω的总线阻抗匹配电阻，并通过双绞线引出。

由于EP1C6Q240C8型的FPGA芯片的I/O口的输入输出电平为3.3V TTL标准信号，SJA1000引脚的输入输出电平为5V CMOS电平信号，两者不能直接相连进行数据传输，所以本实施例通过两片电平转换芯片实现3.3V TTL标准信号与5V COMS电平信号之间的转换。

EP1C6Q240C8型FPGA芯片可提供185个I/O接口，具有处理速度快、灵活、精确和可靠性高等优点。FPGA芯片主要完成对CAN总线控制器SJA1000地址锁存信号ALE、使能信号CS、读有效RD和写有效WR的时序控制。FPGA在对SJA1000进行时序控制的同时，还需要对电平转换芯片的电平转换方向信号trl进行控制，当DSP处理器向SJA1000写入数据时，trl置0，将3.3V TTL标准信号转换为5V COMS电平信号，当DSP处理器从SJA1000中读出数据时，rtl置1，将5V COMS电平信号转换为3.3V TTL标准信号。

以下对SJA1000型CAN总线控制器、PCA82C250型CAN总线收发器、EP1C6Q240C8型FPGA芯片、TMS320C67x型DSP处理器和两片74LVC4245型电平转换芯片相互间的连接关系进行具体阐述：

请参照图1～5，CAN总线控制器的第二十三号引脚～第二十八号引脚、第二引脚和第一引脚分别对应连接第一电平转换芯片(74LVC4245)的第三引脚～第十引脚，CAN总线控制器的第三引脚～第六引脚分别对应连接第二电平转换芯片的第十八引脚～第二十一引脚，CAN总线控制器的第七引脚悬空、第八引脚接地，CAN总线控制器的第九引脚和第十引脚之间连接有一晶振电路，CAN总线控制器的第十一引脚和第十二引脚连接5V工作电压(由第一电平转换芯片的第一引脚提供)，CAN总线控制器的第十三引脚连接CAN总线收发器的第一引脚，CAN总线控制器的第十四引脚和第十六引脚悬空、第十五引脚接地，CAN总线控制器的第十七引脚连接一复位电路，复位电路用于实现对CAN总线控制器的复位控制，CAN总线控制器的第十八引脚和第二十二引脚连接5V工作电压(由第一电平转换芯片的第一引脚提供)，CAN总线控制器的第十九引脚和第二十引脚分别对应连接CAN总线收发器的第四引脚和第五引脚，CAN总线控制器的第二十一引脚接地。

第一电平转换芯片的第十四引脚～第二十一引脚分别对应连接DSP处理器的地址线引脚，并同时连接DSP处理器的数据线引脚，第一电平转换芯片的第十一引脚～第十三引脚接地、第二十三引脚悬空，第一电平转换芯片的第一引脚分别连接CAN总线控制器的第十一引脚、第十八引脚和第二十二引脚，第一电平转换芯片的第二十四引脚连接FPGA芯片的电源输出引脚(输出3.3V TTL信号)；第一电平转换芯片的第二引脚连接FPGA芯片的电平转换方向控制引脚，第一电平转换芯片的第二十二引脚接地。

第二电平转换芯片的第三引脚～第六引脚分别对应连接FPGA芯片的I/O口。

CAN总线收发器的第二引脚接地，CAN总线收发器的第三引脚连接一电容后接地，CAN总线收发器的第三引脚同时连接5V工作电压，CAN总线收发器的第六引脚连接一连接件的第二输入端，CAN总线收发器的第七引脚连接该连接件的第一输入端，连接件的第一输入端和第二输入端之间还连接有一总线阻抗匹配电阻，该总线阻抗匹配电阻的阻值优选为120Ω，CAN总线收发器的第八引脚外接一电阻后接地，该电阻的阻值优选为47KΩ，CAN总线通信控制装置通过该连接件提供的接口实现与CAN总线的通信连接。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (10)

1.一种CAN总线通信控制装置，其特征在于，包括DSP处理器、FPGA现场可编程门阵列、CAN总线控制器和CAN总线收发器，所述DSP处理器通过第一电平转换芯片实现与所述CAN总线控制器的电连接；所述FPGA现场可编程门阵列通过第二电平转换芯片实现与所述CAN总线控制器的电连接；所述DSP处理器电连接所述FPGA现场可编程门阵列，所述FPGA现场可编程门阵列同时连接所述第一电平转换芯片；所述CAN总线通信控制装置通过所述CAN总线收发器提供的接口连接在CAN总线上。

2.根据权利要求1所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述DSP处理器为型号为TMS320C67x的数字信号处理芯片。

3.根据权利要求1所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述FPGA现场可编程门阵列为EP1C6Q240C8型芯片。

4.根据权利要求1所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述CAN总线控制器的具体型号为SJA1000。

5.根据权利要求1所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述CAN总线收发器的具体型号为PCA82C250。

6.根据权利要求1所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述第一电平转换芯片或所述第二电平转换芯片的型号为74LVC4245。

7.根据权利要求1所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述CAN总线控制器的第二十三号引脚～第二十八号引脚、第二引脚和第一引脚分别对应连接所述第一电平转换芯片的第三引脚～第十引脚，所述CAN总线控制器的第三引脚～第六引脚分别对应连接所述第二电平转换芯片的第十八引脚～第二十一引脚，所述CAN总线控制器的第七引脚悬空、第八引脚接地，所述CAN总线控制器的第九引脚和第十引脚之间连接有一晶振电路，所述CAN总线控制器的第十一引脚和第十二引脚短接后连接5V工作电压，所述CAN总线控制器的第十三引脚连接所述CAN总线收发器的第一引脚，所述CAN总线控制器的第十四引脚和第十六引脚悬空、第十五引脚接地，所述CAN总线控制器的第十七引脚连接一复位电路，所述CAN总线控制器的第十八引脚和第二十二引脚连接5V工作电压，所述CAN总线控制器的第十九引脚和第二十引脚分别对应连接所述CAN总线收发器的第四引脚和第五引脚，所述CAN总线控制器的第二十一引脚接地。

8.根据权利要求7所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述第一电平转换芯片的第十四引脚～第二十一引脚分别对应连接所述DSP处理器的地址线引脚，并同时连接所述DSP处理器的数据线引脚，所述第一电平转换芯片的第十一引脚～第十三引脚接地、第二十三引脚悬空，所述第一电平转换芯片的第一引脚分别连接所述CAN总线控制器的第十一引脚、第十八引脚和第二十二引脚，所述第一电平转换芯片的第二十四引脚连接所述FPGA现场可编程门阵列的电源输出引脚；所述第一电平转换芯片的第二引脚连接所述FPGA现场可编程门阵列的电平转换方向控制引脚，所述第一电平转换芯片的第二十二引脚接地。

9.根据权利要求8所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述第二电平转换芯片的第三引脚～第六引脚分别对应连接所述FPGA现场可编程门阵列的I/O口。

10.根据权利要求9所述的CAN总线通信控制装置，其特征在于，所述CAN总线收发器的第二引脚接地，所述CAN总线收发器的第三引脚连接一电容后接地，所述CAN总线收发器的第三引脚同时连接5V工作电压，所述CAN总线收发器的第六引脚连接一连接件的第二输入端，所述CAN总线收发器的第七引脚连接所述连接件的第一输入端，所述连接件的第一输入端和第二输入端之间还连接有一总线阻抗匹配电阻，所述CAN总线收发器的第八引脚外接一电阻后接地，所述CAN总线通信控制装置通过所述连接件提供的接口实现与所述CAN总线的电连接。

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