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[導(dǎo)讀]通用串行總線(USB)作為一種協(xié)議規(guī)范,是以Intel為首的7家計(jì)算機(jī)及通信產(chǎn)業(yè)廠商公司于1994年11月共同提出,其除具有使用方便(即插即用)、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)外,還具有軟硬件支持廣泛、功耗低、硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

通用串行總線(USB)作為一種協(xié)議規(guī)范,是以Intel為首的7家計(jì)算機(jī)及通信產(chǎn)業(yè)廠商公司于1994年11月共同提出,其除具有使用方便(即插即用)、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)外,還具有軟硬件支持廣泛、功耗低、硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化和總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完備等特點(diǎn)。目前在以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,都首選USB口作為計(jì)算機(jī)與外設(shè)的接口。由于CAN總線具有可靠性高、功能完善、成本合理、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,例如汽車電子、工業(yè)控制、智能大廈、安防監(jiān)控、環(huán)境控制等。目前CAN總線是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

  為了更好的將USB的通用性和CAN的專業(yè)性結(jié)合起來(lái),通過(guò)計(jì)算機(jī)的USB接口接入CAN專業(yè)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的便利性和應(yīng)用的高效性,本文講述了一種基于ARM7處理器實(shí)現(xiàn)USB接口與CAN總線的實(shí)例,通過(guò)其可以在PC實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線上設(shè)備的監(jiān)控。

  1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  1.1 處理器簡(jiǎn)介及其外圍電路設(shè)計(jì)

  主控制器選用NXP公司的ARM7核處理器LPC2119。LPC2119是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-STM CPU,并帶有128 KB嵌入的高速FLASH存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%,而性能的損失卻很小。實(shí)行流水線作業(yè),提供Embedded ICE邏輯,支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn),具有先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境。LPC2119具有非常小的64腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、多個(gè)串行接口,包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I(mǎi)2C接口(400 kHz)和2個(gè)SPI接口,46個(gè)GPIO以及多達(dá)9個(gè)外部中斷,特別適用于汽車、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線。

  LPC2119內(nèi)部集成2個(gè)CAN控制器,每一個(gè)CAN控制器都與獨(dú)立CAN控制器SJA1000有著相似的寄存器結(jié)構(gòu)。它的主要特性有:?jiǎn)蝹€(gè)總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1 Mb/s;32位寄存器和RAM訪問(wèn);兼容CAN2.0B,ISO11898-1規(guī)范;全局驗(yàn)收濾波器可以識(shí)別所有的11位和29位標(biāo)識(shí)符;驗(yàn)收濾波器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符提供Full CAN-style自動(dòng)接收。圖1所示為L(zhǎng)PC2119外圍電路,為保證可靠復(fù)位,采用外部復(fù)位電路STM809。


 


圖1 LPC2119外圍電路[!--empirenews.page--]

  1.2 USB接口電路設(shè)計(jì)

  USB接口采用沁恒電子的CH375。CH375是一個(gè)USB總線的通用接口芯片,支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在本地端,CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫(xiě)、片選控制線以及中斷輸出,可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。CH375提供了串行通信方式,通過(guò)串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等相連接。圖2所示為CH375的接口電路。


 


圖2 USB接口電路[!--empirenews.page--]

  1.3 CAN總線接口電路設(shè)計(jì)

  CAN總線收發(fā)器采用82C250,并選用6N137作隔離,LPC2119的TD和RD引腳不是直接與82C250的TX、RX引腳相連,而是通過(guò)高速光耦6N137與82C250相連,這樣可增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力,從而實(shí)現(xiàn)總線各節(jié)點(diǎn)間電氣隔離。高速光耦6N137用于保護(hù)LPC2119內(nèi)部CAN總線控制器,該光耦兩側(cè)采用5 V的DC-DC電源,可使器件的VCC與VCC1完全隔離,提高系統(tǒng)的抗干擾能力以及節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。圖3所示為L(zhǎng)PC2 119與CAN驅(qū)動(dòng)器82C250的連接電路。DC-DC電源模塊采用B0505LS-2W,電路在圖4中所示。


 


圖3 CAN驅(qū)動(dòng)器82C250的連接電路


 

圖4 DC-DC隔離電路[!--empirenews.page--]

  1.4 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

  整個(gè)電路的電源由USB供電,由于LPC2119的IO電路電源要求為3.3 V,內(nèi)核電路電源要求為1.8 V,在本應(yīng)用中采用兩片低壓差線性溫壓器(LDO)1117為系統(tǒng)供電,如圖4所示。

  1.5 系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)

  整個(gè)系統(tǒng)的PCB采用雙面板方式設(shè)計(jì),大小為100×120,布局及外形如圖5所示。



圖5 布局及外形

  2 固件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用μVision3 IDE,μVision3IDE是一個(gè)窗口化的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),它集成了功能強(qiáng)大的編輯器、工程管理器以及各種編譯工具(包括C編譯器、宏匯編器、鏈接/裝載器和16進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換器),通過(guò)ULINK仿真調(diào)試。程序框架采用傳統(tǒng)的前后臺(tái)方式。CAN控制器驅(qū)動(dòng)程序包括4部分內(nèi)容:CAN控制器的初始化、報(bào)文的接收、報(bào)文的發(fā)送和總線異常處理。由于LPC2119沒(méi)有開(kāi)發(fā)內(nèi)部讀寫(xiě)總線,本設(shè)計(jì)在對(duì)CH375操作時(shí)使用通用I/O模擬并口讀寫(xiě)時(shí)序,其端口定義方式如下:


 


  程序在使用通用I/O模擬并口讀寫(xiě)時(shí)序?qū)H375的基本操作包括CPU端口初始化、向CH375寫(xiě)命令、向CH375寫(xiě)數(shù)據(jù)、從CH375讀數(shù)據(jù),其實(shí)現(xiàn)過(guò)程包含:初始化void CH375_PORT_INIT();向CH375寫(xiě)命令void xWriteCH375Cmd(uint8 mCmd);向CH375寫(xiě)數(shù)據(jù)void xWrite CH375 Data(uint8 mData);從CH375讀數(shù)據(jù)uint8 xReadCH375Data(void)等4個(gè)基本函數(shù)。

  3 結(jié)語(yǔ)

  本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用內(nèi)置CAN控制器的LPC2119作為主控制器,CH375作為USB接口芯片,實(shí)現(xiàn)USBCAN轉(zhuǎn)換器,論述了LPC2119的外圍電路、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路以及LPC2119與CH375之間的接口連接,并在軟件給出LPC2119使用通用I/O模擬并口讀寫(xiě)時(shí)序的方法,對(duì)LPC2119,CH375及CAN總線的實(shí)際應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

 

 

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