SN65HVD230型CAN總線收發(fā)器的原理及應用
關鍵詞：收發(fā)器 CAN CAN收發(fā)器
引言
CAN總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應用中具有極高的應用價值。但是，隨著集成技術的不斷發(fā)展，為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，一些新型CAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL，這就需要與之相適應的總線收發(fā)器。TI公司生產(chǎn)的SN65HVD230型電路很好地解決了這個問題。
1 SN65HVD230簡介
SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3CAN總線收發(fā)器，主要是與帶有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領域。
1．1 主要特點及引腳功能 SN65HVD230采用PSOP8封裝，具體引腳排列及其邏輯功能如圖1所示，表1所列是其引腳功能。
表1 SN65HVD230的引腳功能 各種控制功能主要通過調(diào)用系統(tǒng)的通用函數(shù)和功能函數(shù)來實現(xiàn)。其中，系統(tǒng)通用函數(shù)用于系統(tǒng)的初始化及一些通用功能的實現(xiàn)。首先對CAN系統(tǒng)進行初始化，同時完成端口配置、位時間確定、消息體的配置等。其節(jié)點初始化函數(shù)如下：
SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)能力，其主要特點如下：
·完全兼容ISO11898標準；
·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
·低電流等待模式，典型電流為370μA；
·信號傳輸速率最高可達1Mb/s；
·具有熱保護，開路失效保護功能；
·具有抗瞬間干擾，保護總線的功能；
·斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；
·差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾（EMI）能力。
| 引腳號 | 引腳名稱 | 引腳功能 | 描 述 |
| 1 | D | 輸入 | CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端 |
| 2 | GND | 地 | 接地 |
| 3 | Vcc | +3V電源 | +3V電源電壓 |
| 4 | R | 輸出 | CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端 |
| 5 | VREF | 參考電壓 | 參考電壓輸出 |
| 6 | CANL | CAN總線低 | 低電平CAN電壓輸入/輸出 |
| 7 | CANH | CAN總線高 | 高電平CAN電壓輸入/輸出 |
| 8 | Rs | 方式選擇 | 斜率電阻器輸入 |
1．2 工作模式和控制邏輯
SN65HVD230具有高速、斜率和等待3種不同的工作模式。其工作模式控制可通過Rs控制引腳來實現(xiàn)。圖2是SN65HVD230在CAN總線系統(tǒng)中的典型應用圖。由圖中可以看出，CAN控制器的輸出引腳Tx接到SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸入端D，可將此CAN節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到CAN網(wǎng)絡中；而CAN控制器的接收引腳Rx與SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸出端R相連，用于接收數(shù)據(jù)。SN65HVD230方式選擇端口Rs通過跳線和一端接地的斜率電阻器連接，通過硬件方式可實現(xiàn)3種工作模式的選擇，其中斜率電阻器為0～100kΩ的電位器。VRs為加在Rs引腳上的電壓。具體工作模式的選擇如表2所列。
表2 SN65HVD230的工作模式選擇
| Vrs | 工作模式 |
| VRs≥0.75Vcc | 等待模式 |
| 10kΩ到100kΩ接地 | 斜率控制模式 |
| VRs≤1V | 高速模式 |
使Rs接邏輯低電平可以使收發(fā)器工作在高速模式。在高速模式下，收發(fā)器的通信速率達到最高，此時沒有內(nèi)部輸出上升斜率和下降斜率的限制，但在該方式下，最大速率的限制與電纜的長度有關。
而在有些場合中，考慮到系統(tǒng)成本等問題，使用非屏蔽電纜時，收發(fā)器必須滿足電磁兼容等條件。為了減少因電平快速上升而引起的電磁干擾，在SN65HVD230中引入了斜率控制方式。這種控制方式可通過連接在Rs引腳上的串聯(lián)斜率電阻器來實現(xiàn)。電壓轉(zhuǎn)換和斜率電阻的關系如圖2所示。
在Rs引腳加上邏輯高電平（≥0.75Vcc），可使器件進入等待模式，處于待機狀態(tài)，系統(tǒng)只“聽”發(fā)送過來的消息。在“聽”狀態(tài)下，收發(fā)器的發(fā)送功能處于關斷狀態(tài)，接收功能仍處于有效狀態(tài)。此時，接收器對于總線來說總是隱性的。
1．3 控制邏輯
SN65HVD230采用正邏輯控制方式，有接收和發(fā)送二種方式，具體控制邏輯如表3所列。
表3 SN65HVD2304的控制邏輯
| 發(fā) 送 | 接 收 | ||||||
| 輸入D | Rs | 輸出 | 總線狀態(tài) | 差分輸入 | Rs | 輸出R | |
| CANH | CANL | ||||||
| L | XRs≤1.2V | H | L | 顯性 | VIN≥0.9V | X | L |
| H | Z | Z | 隱性 | 0.5V<VID<0.9V | X | ? | |
| Open | X | Z | Z | 隱性 | VID≤0.5V | X | H |
| X | VRS≥0.75Vcc | Z | Z | 隱性 | Open | X | H |
其中，Z表示高阻狀態(tài)，？表示未定狀態(tài)，X表示無關。
2 實際應用
某自動測試系統(tǒng)需要多路實時可控的交流供電電源，為此，筆者設計了基于CAN總線的智能電源控制器。該系統(tǒng)的主控計算機中安裝了CAN總線通信控制卡，電源控制器中裝有CAN總線通信適配卡，故可通過控制卡與適配卡來實現(xiàn)計算機與各智能電源控制器之間的通信，從而完成對各電源控制器的控制及對各電源控制器輸出狀態(tài)的檢測。
2．1 系統(tǒng)原理
該電源控制器采用SN65HVD230型CAN總線收發(fā)器和Cygnal公司生產(chǎn)的具有3.3V集成式CAN控制器的C8051F040型單片機來設計CAN總線通信控制卡及CAN總線通信適配卡。其原理框圖如圖4所示，通過PC控制各個網(wǎng)絡節(jié)點來實現(xiàn)其具體的控制功能，并以此組成網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。
2．2 CAN總線通信控制卡的設計
在整個CAN控制網(wǎng)絡中，CAN總線通信控制卡起著非常重要的作用。該卡主要包括C8051F040型單片機、雙口RAM及其控制電路、中斷申請電路、復位電路和CAN驅(qū)動電路。該控制卡的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。CAN通信控制卡通過CAN總線將各個節(jié)點串聯(lián)起來，從而將一個等網(wǎng)絡變成一個簡單的“一主多從”控制網(wǎng)絡。PC通過CAN總線通信控制卡向網(wǎng)絡中各個具有不同地址的節(jié)點發(fā)送各種格式的控制命令字，并將各網(wǎng)絡節(jié)點中代表各節(jié)點狀態(tài)的數(shù)據(jù)字讀回，以此實現(xiàn)整個CAN網(wǎng)絡的控制。
2．3 CAN節(jié)點的設計
在整個CAN控制網(wǎng)絡中，節(jié)點是整個網(wǎng)絡的“從者”，它通過相應的地址匹配來識別控制卡發(fā)來的信息。若信息不是發(fā)送給自己的，則不進行任何動作，若信息是發(fā)給自己的，則該節(jié)點接收信息，并執(zhí)行相應的操作。在CAN控制網(wǎng)絡中，信息通過幀模式進行傳送。CAN節(jié)點根據(jù)設定的幀格式內(nèi)容進入相應的控制程序，以對外圍電路進行操作控制。CAN節(jié)點系統(tǒng)框圖如圖6所示。
2．4 混合電平電路抗干擾設計
由于智能電源控制器本身是一個混合電平系統(tǒng)，內(nèi)部有多路220V/50Hz交流電、控制電路的3.3V直流電平、CAN控制網(wǎng)絡接口電平等不同電平，因此必須實現(xiàn)不同電平信號的隔離，以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
本系統(tǒng)通過對C8051F040控制信號進行光隔離和驅(qū)動處理后控制繼電器，以實現(xiàn)對交流電源的輸出控制，從而確保了大功率交流電源與內(nèi)部控制電路之間的有效隔離。而CAN接口在收發(fā)器和控制器之間采用了LVTTL/LVCMOS兼容高速光隔離來實現(xiàn)不同電平之間的電氣隔離。
2．5 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件主要由CAN總線通信控制卡控制程序和各個節(jié)點控制程序二部分組成。CAN總線通信控制卡控制程序是基于Windows的編程，這里不再多述，本文主要給出各個節(jié)點的控制程序。
WDTCN=0xde; //關watch dog
WDTCN=0xad;
config_IO（void）; //端口配置函數(shù)，實現(xiàn)控制模塊的控制引腳的分配
Clock(void); //時鐘及CAN總線速度定義函數(shù)
clear_msg_objects(void);//各個消息體的清除函數(shù)
msg_objects_init(void);//CAN消息體初始化函數(shù)
……
startCAN(); //系統(tǒng)允許進行CAN通訊
EA=1； //系統(tǒng)開中斷；
3 結(jié)束語
在實際工程應用中，SN65HVD230作為一種新型CAN總線收發(fā)器，具有高速率和高抗電磁干擾等特點，加之其電氣連接十分簡單，因而具有良好的實用性。
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