SN65HVD230型CAN總線收發(fā)器的原理及應(yīng)用

   摘要：SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3V CAN收發(fā)器，該器件適用于較高通訊速率、良好抗干擾能力和高可靠性CAN總線的串行通信。文中主要介紹SN65HVD230的結(jié)構(gòu)、原理及其在智能電源控制器中的應(yīng)用。

    關(guān)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(shí)現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實(shí)際應(yīng)用中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。但是，隨著集成技術(shù)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(yīng)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(gè)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(dá)1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動(dòng)化、UPS控制等領(lǐng)域。

    1．1 主要特點(diǎn)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(shí)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(shí)現(xiàn)。首先對(duì)CAN系統(tǒng)進(jìn)行初始化，同時(shí)完成端口配置、位時(shí)間確定、消息體的配置等。其節(jié)點(diǎn)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(diǎn)如下：

·完全兼容ISO11898標(biāo)準(zhǔn)；

·高輸入阻抗，允許120個(gè)節(jié)點(diǎn)；

·低電流等待模式，典型電流為370μA；

·信號(hào)傳輸速率最高可達(dá)1Mb/s；

·具有熱保護(hù)，開路失效保護(hù)功能；

·具有抗瞬間干擾，保護(hù)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(hào)	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(shí)現(xiàn)。圖2是SN65HVD230在CAN總線系統(tǒng)中的典型應(yīng)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(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到CAN網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(dá)到最高，此時(shí)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(guān)。

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(shí)，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(shí)現(xiàn)。電壓轉(zhuǎn)換和斜率電阻的關(guān)系如圖2所示。

在Rs引腳加上邏輯高電平（≥0.75Vcc），可使器件進(jìn)入等待模式，處于待機(jī)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(guān)斷狀態(tài)，接收功能仍處于有效狀態(tài)。此時(shí)，接收器對(duì)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(guān)。

2 實(shí)際應(yīng)用

某自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要多路實(shí)時(shí)可控的交流供電電源，為此，筆者設(shè)計(jì)了基于CAN總線的智能電源控制器。該系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與各智能電源控制器之間的通信，從而完成對(duì)各電源控制器的控制及對(duì)各電源控制器輸出狀態(tài)的檢測(cè)。

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(jī)來設(shè)計(jì)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(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)其具體的控制功能，并以此組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

2．2 CAN總線通信控制卡的設(shè)計(jì)

在整個(gè)CAN控制網(wǎng)絡(luò)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(jī)、雙口RAM及其控制電路、中斷申請(qǐng)電路、復(fù)位電路和CAN驅(qū)動(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來，從而將一個(gè)等網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)簡單的“一主多從”控制網(wǎng)絡(luò)。PC通過CAN總線通信控制卡向網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)具有不同地址的節(jié)點(diǎn)發(fā)送各種格式的控制命令字，并將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中代表各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)字讀回，以此實(shí)現(xiàn)整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的控制。

2．3 CAN節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

在整個(gè)CAN控制網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“從者”，它通過相應(yīng)的地址匹配來識(shí)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(jìn)行任何動(dòng)作，若信息是發(fā)給自己的，則該節(jié)點(diǎn)接收信息，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。在CAN控制網(wǎng)絡(luò)中，信息通過幀模式進(jìn)行傳送。CAN節(jié)點(diǎn)根據(jù)設(shè)定的幀格式內(nèi)容進(jìn)入相應(yīng)的控制程序，以對(duì)外圍電路進(jìn)行操作控制。CAN節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)框圖如圖6所示。

2．4 混合電平電路抗干擾設(shè)計(jì)

由于智能電源控制器本身是一個(gè)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(luò)接口電平等不同電平，因此必須實(shí)現(xiàn)不同電平信號(hào)的隔離，以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。

本系統(tǒng)通過對(duì)C8051F040控制信號(hào)進(jìn)行光隔離和驅(qū)動(dòng)處理后控制繼電器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)不同電平之間的電氣隔離。

2．5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由CAN總線通信控制卡控制程序和各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的控制程序。

WDTCN=0xde; //關(guān)watch dog

WDTCN=0xad;

config_IO（void）; //端口配置函數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制模塊的控制引腳的分配

Clock(void); //時(shí)鐘及CAN總線速度定義函數(shù)

clear_msg_objects(void);//各個(gè)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(jìn)行CAN通訊

EA=1； //系統(tǒng)開中斷；

3 結(jié)束語

在實(shí)際工程應(yīng)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(diǎn)，加之其電氣連接十分簡單，因而具有良好的實(shí)用性。