基于MCP2510和CH375的CAN-USB接口卡設(shè)計(jì)

摘要   本文介紹了MCP2510和CH375的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了CAN-USB接口卡，并給出了詳細(xì)的電路原理圖及軟件流程圖，該卡可適用于各種CAN總線控制系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞    MCP2510  CH375 CAN-USB接口卡設(shè)計(jì)

1. 引言

CAN以其優(yōu)良的性能，廣泛應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中，PC機(jī)有豐富的軟件和強(qiáng)大的功能，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，將PC機(jī)設(shè)計(jì)成CAN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，方便數(shù)據(jù)處理等。

CAN網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)的連接可通過以下幾種方式：1）CAN-RS232接口卡；2）CAN-PCI接口卡；3）CAN-USB接口卡。CAN-RS232接口卡速度太慢，且不支持熱插拔；CAN-PCI接口卡雖然速度快，但不支持熱插拔。而采用CAN-USB接口卡，不但速度快，而且支持熱插拔，并且可以從系統(tǒng)中直接汲取電流而不需要外部供電。

文^[1][2]中所設(shè)計(jì)的CAN-USB接口卡，均采用SJA1000和PIDUSBD12, SJA1000為并行總線接口，與現(xiàn)在許多無外部總線的MCU不適應(yīng)，PIDUSBD12也為并行總線接口，且與MCU的軟件接口編寫復(fù)雜，本文中設(shè)計(jì)的CAN-USB接口卡，USB接口芯片選擇南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的CH375，該芯片支持全速設(shè)備接口USB V1.1，該公司提供了完善的USB驅(qū)動(dòng)程序；并且該芯片內(nèi)部集成了USB 接口SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等，這樣，以CH375設(shè)計(jì)的USB設(shè)備，不需要詳細(xì)了解USB 通訊協(xié)議，開發(fā)編程非常方便^{[ 3]}。CAN協(xié)議芯片選擇MCP2510，該芯片采用SPI接口，連接方便，有3個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)，2個(gè)接收緩沖區(qū)，寬工作電壓，低功耗^[4]。

2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)CAN-USB接口卡，硬件方面需要USB接口芯片、CAN協(xié)議芯片和微處理器。系統(tǒng)的硬件框圖見圖1。

微處理器選擇華邦公司的W78E516，該芯片與MCS-51系列單片機(jī)兼容，內(nèi)部集成有64K的FLASH、看門狗、256字節(jié)輔助存儲(chǔ)器，還支持在系統(tǒng)可編程（ISP）。

圖1 系統(tǒng)的硬件框圖

CH375與MCU的連接提供了并行接口和串行接口，本文采用了并行接口，W78E516與CH375的接口電路如圖2所示。

              

  圖2

   由于CH375可輸出復(fù)位信號(hào)，微處理器可利用此復(fù)位信號(hào)，從而不需要其它專門復(fù)位電路。設(shè)計(jì)中還必須注意，CH375的晶振頻率必須為12MHz，筆者曾經(jīng)接11.0592 MHz晶振時(shí)，系統(tǒng)不能正常工作，改為12MHz時(shí)，則可正常工作。

   CAN協(xié)議芯片選擇MCP2510，總線驅(qū)動(dòng)器采用PCA82C250。設(shè)計(jì)如圖3所示。如果要求CAN總線上各節(jié)點(diǎn)間電氣隔離，可在MCP2510與PCA82C250之間加高速光隔離（如6N137）進(jìn)行電氣隔離，本文因版面限制而省略了光隔，光隔設(shè)計(jì)方法可參考文[5]。

圖3

3. 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序的功能是，當(dāng)接收到CAN報(bào)文，將此報(bào)文重新組成適合USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，并裝載到USB的發(fā)送緩沖區(qū)，而當(dāng)從USB接收到數(shù)據(jù)包，則將此數(shù)據(jù)包重新組成適合CAN傳輸?shù)膸?/P>

下位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用Keil C進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于MCP2510是SPI接口，而W78E516沒有SPI接口，故編寫了專門操作SPI接口的程序。

設(shè)計(jì)中，CAN報(bào)文采用了標(biāo)準(zhǔn)11位ID，并且根據(jù)CAN幀格式，在單片機(jī)內(nèi)存中，定義CAN報(bào)文發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)。

雖然CH375的端點(diǎn)每次最大可傳輸64字節(jié)，但為了設(shè)計(jì)方便，我們?cè)O(shè)計(jì)成每次只傳輸11個(gè)字節(jié)，用如下的結(jié)構(gòu)體表示。

struct      struct_USB

{

       unsigned char USB_cmd;

       unsigned char Dat[10];

};

USB_cmd中指示每次數(shù)據(jù)包的含義，以方便PC機(jī)與單片機(jī)傳遞信息。Dat[10]為將傳輸?shù)紺AN總線上的數(shù)據(jù)，或從CAN總線上接收到的數(shù)據(jù)。

圖4  程序流程圖

為防止通訊接收溢出，在設(shè)計(jì)中，為CAN和USB定義了比較大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，啟用了W78E516芯片上的256字節(jié)輔助存儲(chǔ)器，Keil C編譯時(shí)配置存儲(chǔ)器模式為Compact模式，但在設(shè)計(jì)中需要注意的是：main()函數(shù)的語句中，必須先用賦值語句對(duì)寄存器CHPENR和CHPCON進(jìn)行配置，啟用W78E516芯片上的256字節(jié)輔助存儲(chǔ)器，然后，才能執(zhí)行函數(shù)調(diào)用語句，否則程序雖在編譯時(shí)可通過，但運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

4.上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序采用VB進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于沁恒公司為CH375提供了豐富的動(dòng)態(tài)鏈接庫（API函數(shù)），在程序設(shè)計(jì)時(shí)，只需聲明和調(diào)用這些API函數(shù)，下面介紹編程注意事項(xiàng)。

在程序設(shè)計(jì)時(shí)，程序中調(diào)用CH375的第一個(gè)API函數(shù)應(yīng)為CH375的設(shè)備開啟函數(shù)，Declare Function CH375OpenDevice Lib "CH375DLL.DLL" (ByVal iIndex As Long) As Long，該函數(shù)的功能是打開CH375設(shè)備。關(guān)閉應(yīng)用程序時(shí)，需調(diào)用設(shè)備關(guān)閉函數(shù)，Declare Sub CH375CloseDevice Lib "CH375DLL.DLL" (ByVal iIndex As Long)，該函數(shù)的功能是關(guān)閉CH375設(shè)備。對(duì)于PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)，只需調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)即可。

編寫完上位機(jī)程序，當(dāng)CAN-USB接口卡通過USB連接線與PC機(jī)的USB接口相連之后，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到新硬件，此時(shí)，安裝好驅(qū)動(dòng)程序，就可以使用該設(shè)備。正常工作時(shí)，此卡中與CH375相連的LED亮。

5. 結(jié)論

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)為采用CH375和MCP2510設(shè)計(jì)CAN-USB接口卡，給出了硬件電路圖和軟件流程圖，相對(duì)于其它用SJA1000和PIDUSBD12設(shè)計(jì)的類似產(chǎn)品，本CAN-USB接口卡的硬件接口簡(jiǎn)潔，軟件不需要編寫USB固件程序，開發(fā)效率高，性能價(jià)格比高，在實(shí)際使用中，效果良好。另外，由于硬件上采用了獨(dú)立的CAN控制器和USB接口芯片，軟件采用C語言設(shè)計(jì)，所以移植到其它微處理器也比較方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 張延宇，曹云俠.基于USB的CAN適配卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，微計(jì)算機(jī)信息，2006 年第1-2 期：第6－8頁
[2] 朱騰,鄭建立.基于USB的CAN總線適配器的設(shè)計(jì), 微計(jì)算機(jī)信息，2005 年第3 期：第89－90頁
[3] CH375 說明書. 南京沁恒電子有限公司。
[4] MCP2510 datasheet, Microchip Technology Inc。
[5] 饒運(yùn)濤等.現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6