一种可实现智能can总线通信的车载记录仪的制作方法

专利名称：一种可实现智能can总线通信的车载记录仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可实现智能CAN总线通信的车载记录仪。
技术背景CAN(控制器局域网络)，由德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准(IS011898),是 国际上应用最广泛的现场总线之一。随着CAN总线在汽车上的广泛应用，在汽车的设计和改 进过程中，使得CAN总线在汽车数据采集和故障诊断以及标定方面的作用越来越突出。通过 监控CAN总线上的通信内容，可以获得汽车各控制单元的实时状态，判断整车的运行状态； 由于C緒总线连接了几乎全部的ECU,通过CAN总线和标定协议可以实现对ECU的快速标定。 现有的CAN总线设备很多是基于PCI, ISA, PCMICA等总线设计，使用过程比较复杂，设计 成本较高，而且，功能单一，用户只能按照设备自带的软件来完成数据采集功能。USB是Universal Serial Bus——通用串行总线的简称，它是一种串行传输协议，自从 1995年Intel公司推出第一代USB协议开始，USB技术获得了迅猛发展，现在，USB接口已 经成为了计算机的标准接口。作为一种新型的串行总线技术，USB在数据采集系统等测试设 备的开发中具有得天独厚的优势，它具有最高480Mbps的传输速度，完全满足常用测试系统 需求，它的Plug and Play—热插拔和总线供电技术使得它可以很方便地连接测试对象。USB总线突出的优点使得它在数据采集和测试设备的开发中具有很好的应用前景，但是， 基于USB和CAN总线的设备还比较少见，现有的几种基于USB和CAN总线的设备有的只具有 CAN通信卡的功能，且主机端驱动程序复杂，扩展性差；有的只具有记录仪的功能，只能借 助于固化的模块实现车载数据记录。如在专利1897594A中公开了一种CAN-USB总线适配器， 其由一个微处理器通过一个USB总线控制器和一个CAN总线控制器而连接的USB接口和CAN 总线接口 ，实现PC机和CAN总线间的数据传输。该适配器实现了主机和'CAN总线的灵活连 接和全速通信，但设备功能单一，仅能实现CAN通信卡功能，不具备随车记录功能和外部触 发功能。其主机端的USB设备驱动程序基于WDM模型设计，调用过程复杂，扩展性差。又如 在专利2659768Y中公布了一种带CAN网络的汽车行驶记录仪，其由CAN微处理器驱动USB 接口电路，彩色显示电路等外围电路实现汽车行驶记录和关键信息显示，但该记录仪没有设计与上位机的接口，只能基于现有的显示电路和存储电路实现记录仪功能，扩展性差。在专 利2638142Y中公布的一种基于USB接口的CAN便携式CAN总线分析记录仪，结构类似上述 的带CAN网络的汽车行驶记录仪，同样是在微处理器上实现了汽车信号的记录和关键信号分 析，但是局限于使用微处理器上的模块来实现设备功能，功能扩展性不强。 发明内容本发明的目的是为了克服现有CAN总线设备的不足——功能单一，扩展性不强，提供一 种可实现智能CAN总线通信的车载记录仪。该记录仪既可以实现CAN总线信号的随车记录， 又可以通过USB总线接到计算机主机上对C緒总线进行实时监控。本发明由上位机控制系统和下位机执行系统两部分组成。上位机控制系统包括带USB接 口的普通PC机、基于虚拟仪器技术的完善的监控界面和用VISA技术开发的灵活高效的USB 设备驱动程序；下位机执行系统采用了以微处理器MC9S12DP256为核心，集成了USB主机控 制芯片ISP1161和USB设备控制器芯片PDIUSBD12的电路；微处理器通过CAN总线接口电路 与CAN网络连接，从CAN网络采集数据，经微处理器解析处理后，选择通过USB设备接口传 送到上位机，实现CAN总线实时监控功能，或者通过USB主机控制器芯片传送到USB存储设 备，实现车载记录仪的功能。下位机执行系统由基于微处理器的执行器和微处理器中嵌入的控制软件两部分构成。执行器包括以下几个模块微处理器，其作用在于作为下位机核心控制器件，控制CAN接口采集CAN总线信号，自 动检测USB存储设备和USB主机连接，把数据写入USB存储设备或送往USB主机；响应USB 主机的通信要求，完成USB和CAN之间的协议转换，把封装好的CAN帧发送到CAN网络。C緒总线接口电路，其作用在于完成CAN信号的电平转换和收发操作，提供微处理器与 CAN总线的通信接口。USB主机控制器接口电路，包括主机控制器芯片和USB接口电路。其作用在于通过USB 接口电路连接USB存储设备，为USB存储设备提供电源，其中的主机控制器芯片作为USB存 储设备的读写控制芯片，在微处理器的控制下完成对USB存储设备的读写。并提供USB通信 状态指示。USB设备控制器接口电路，包括设备控制器芯片和USB接口电路。其作用在于通过USB 接口电路连接USB主机，在微处理器控制下通过USB设备控制器完成与上位机的通信。并提 供与主机的USB通信状态指示。外围电路，包括微处理器稳压电路，复位电路，时钟电路和工作指示电路。稳压电路由去耦电容和电压转换芯片组成，其作用在于将汽车提供的12V直流电压转换成5V直流电压 提供给微处理器及执行器其它电路。复位电路由复位芯片和按钮组成，其作用在于对微处理 器提供强制复位信号；时钟电路为有源晶振电路，为微处理器提供稳定的时钟信号；工作指 示电路包括发光二极管和限流电阻，其作用在于在微处理器的控制下闪烁，指示执行器工作 状态。微处理器是执行器电路的核心控制器，稳压电路，时钟电路和复位电路是它的输入信号， 执行器状态指示电路是微处理器的输出信号。CAN总线接口电路，USB主控制器接口电路和 USB设备控制器接口电路与微处理器进行双向的信号交互，分别提供微处理器与CAN总线、 USB主机和USB存储设备的连接。在整个执行器控制电路中，C緒总线接口电路，USB主机控制器接口电路和USB设备控 制器接口电路是其中重要的三个接口电路，CAN总线接口电路一端直接与CAN总线通过DB9 接口连接，另一端通过CAN收发器与微处理器CAN模块引脚连接。USB主控制器接口电路核 心为USB主机控制器芯片ISP1161，它的一端通过USB A型接口连接USB存储设备，数据接 口和芯片读写控制信号则直接连接在微处理器的通用1/0引脚上。USB设备控制器接口电路 的核心为设备控制器芯片PDIUSBD12，它一端通过USB的A型接口接在USB主机上，另一端 与微处理器的通用1/0引脚连接，完成数据信号和控制信号的传输。微处理器外围电路中， 稳压电路将接入的车载12V电压经过三级处理和电压变换后输出到微处理器和各接口芯片的 VCC引脚；复位电路中复位芯片输出的Reset信号接到微处理器的RESTn引脚；时钟电路中 的有源晶振输出稳定到时钟信号到微处理器的EXTAL引脚；执行器工作指示电路一端接微处 理器的PS7引脚，另一端接发光二极管和限流电阻。该系统的工作状态如下下位机执行系统在电源接通后自动启动，检测到C緒总线连接正确以后，自动采集CAN 总线的数据帧，自动完成总线数据帧的解析，储存在下位机的微处理器缓存中。当检测到USB 存储设备己连接以后，通过USB主机控制器自动把采集到的数据帧写入USB存储设备，完成 随车记录仪功能。当检测到USB主机连接以后，通过USB设备控制器建立与主机的连接，完 成上位机与CAN网络的CAN通信。上位机控制系统通过USB接口连接下位机以后，通过USB设备驱动程序访问下位机USB 设备不同端点，实现与上位机的通信，上位机软件设计了CAN总线数据实时监控界面，实现 用户对CAN网络的实时监控和下位机设置。


图1是本发明系统整体结构框屈;图2是本发明微处理器模块电路图；图3是CAN接口电路图；图4是USB主机控制器电路图；图5是USB设备控制器电路图；图6是本发明系统软件层次结构图；图7是本发明上位机控制主程序流程图；图8a是本发明下位机主程序流程图；图8b是本发明下位机CAN接收中断响应程序流程图；图8c是本发明下位机D12中断响应程序流程图。
具体实施方式
图1所示为本发明系统整体结构框图。本发明由上位机控制系统和下位机执行系统两部分组成。如图1所示，上位机控制系统包括带USB接口的普通PC机和上位机控制软件，上 位机控制软件基于LabVIEW虚拟仪器技术开发，其中的USB设备驱动程序基于LabVIEW的 VISA技术开发。上位机控制系统的功能是作为整个系统的控制模块，控制下位机执行系统对 CAN总线的监控。下位机执行系统包括自主设计的硬件平台和嵌入微处理器的控制软件。硬 件平台以MC9S12DP256微处理器为核心，集成了 CAN总线接口， USB主机控制器电路，USB 设备控制器电路，在嵌入式软件和上位机控制系统的支持下，监控CAN网络数据，通过USB 主机控制器电路存储到USB存储设备，通过USB设备控制器电路传输到上位机作实时处理。 MC9S12DP256微处理器通过自带的MSCAN模块连接CAN总线接口电路；微处理器的Port A 作为USB设备控制器电路的数据总线接口； Port B和Port T作为USB主机控制器电路的数 据总线接口； Port S的引脚PS3、 PS4、 PS5和Port J的引脚PJ0作为USB主机控制器电路 的读写控制引脚；Port S的引脚PSO、 PS1、 PS2和Port J的引脚PJ1作为USB设备控制器 电路的读写控制引脚。本发明下位机执行系统中的执行器包括微处理器、CAN总线接口电路、USB主机控制器 电路、USB设备控制器电路和外围电路。图2所示为本发明微处理器模块电路。微处理器Ul 为!C9S12DP256单片机，该单片机为下位机系统的核心处理器，连接下位机的主要功能模块 ~~CAN总线接口电路、USB主机控制器电路、USB设备控制器电路。微处理器U1的105脚 和104脚连接CAN收发芯片的TXD和RXD引脚，是微处理器和CAN总线的接口 ；微处理器Ul 的引脚24至引脚31，引脚9至引脚12，引脚15至引脚18共16个引脚连接USB主机控制器芯片ISP1161的数据接口，微处理器U1的引脚92至94为ISP1161的读写控制引脚，引 脚21连接ISP1161的读写中断引脚;微处理器Ul通过上述20个引脚的信号来控制ISP1161 的动作，完成对USB存储设备的检测和读写；微处理器Ul的PortA引脚57至引脚64连接 USB设备控制器芯片PDIUSBD12的数据总线，引脚89至引脚91为设备控制器芯片PDIUSBD12 的控制信号输出引脚，引脚22为设备控制器芯片PDIUSBD12的中断输入引脚，微处理器Ul 通过上述12个引脚完成与设备控制器芯片PDIUSBD12的连接；除了如上所述的四个主要功 能模块外，微处理器U1还连接了许多必要的外围电路。晶振电路以16M有源晶振芯片0SC2 为核心，电容C60， C7为0SC2的滤波电容，电阻R9的一端接0SC2的时钟输出引脚，另一 端接到Ul的EXTAL引脚，为微处理器Ul提供时钟信号，R10接在微处理器Ul的EXTAL引脚 和GND信号之间；复位电路以复位芯片MC34064D U5为核心，按键复位开关S1，滤波电容 C4组成按键信号输入电路，输出的复位信号接到复位芯片U5的RESET引脚，R4为RESET引 脚的上拉电阻，复位信号RESET接到微处理器Ul的ReSTn引脚;模式选择电路包括JP1、 JP2、 JP3跳线开关与限流电阻R1、 R2、 R3，跳线开关的引脚3接VCC，引脚1接GND，引脚2通 过限流电阻接到Ul的模式选择引脚，微处理器Ul的模式选择引脚分别为MODA、 MODB、 MODC; 电容C5和电阻R16串联再与电容C6并联组成滤波电路，接在微处理器的引脚VDDPLL和引 脚XFC，是微处理器PLL模块的外围滤波电路；电源电路通过JP5与车载12V电源连接，防冲击二极管D6和16V稳压二极管TVS1组成 了第一级电源信号处理电路，滤波电感L4和滤波电容C20、 C22组成的滤波网络为第二级处 理电路，电压转换芯片VR17805及其外围器件D5、 C21、 C23构成第三级电压处理电路。7805 是使用广泛的直流电压转换芯片，可以把从7V到30V范围内的直流电压转换为5V稳定的直 流电压输出，D5为续流二极管，C21、 C23均为滤波电容；电源电路中，JP5为外部电源接口，防冲击二极管D6串联在JP5的正极，16V稳压二极 管TVS1并联在JP5的两个引脚之家，组成第一级电源信号处理电路；电容C11和电容C16 并联在TVS1两端，组成第二级滤波电路；滤波电容C22、 C23并联在电压转换芯片VR1的Vin 和Vout引脚，构成第三级转换电路，将12V直流电压转换成5V直流电压，送到VCC端。二 极管D4并联在VR1的Vin和Vout两端，电感L4， L5， L6串联在微处理器的各电源引脚和 VCC信号之间，为滤波电感；微处理器的引脚96接发光二极管Led3和限流电阻R27，用来 指示微处理器的工作状态，电阻R18和R15为匹配电阻。图3为本发明下位机执行系统CAN接口电路。U2为CAN信号收发芯片82C250, CAN信号 收发芯片U2的TXD引脚和RXD引脚接微处理器Ul的TXCANO引脚和RXCANO引脚。CAN信号收发芯片U2的引脚3接VCC信号，引脚2接GND，弓l脚8通过电阻R7接GND。 CAN信号收发 芯片U2的CHNL引脚和CHNH引脚连接CAN总线接口器件Jl的引脚2和引脚7，分别为CAN 总线的CANH和CANL信号，磁珠Fl和F2串联在CANH和CANL信号线上，TVS管D14， D3为 并联在CAN信号线与GND信号之间，R19并联在CANH和CANL信号线之间，为终端电阻，R6 连在VCC信号与CAN信号收发芯片U2的引脚1上。
图4为本发明下位机执行系统的USB主机控制器电路。该电路以USB主机控制器芯片 ISP1161 U3为核心，完成对USB存储设备的读写控制。USB主机控制器芯片U3的引脚63、引 脚64、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚9、引脚IO、引脚ll、引脚12、 引脚13、引脚14、引脚16、引脚17组成USB主机控制器芯片U3的数据总线，连接到图l所示微 处理器U1上。USB主机控制器芯片U3的引脚23和引脚22为读写控制引脚，接到微处理器U1， USB主机控制器芯片U3的引脚46为下行端口1的电源转换控制输出，接到MOSFET-P的输入级。 USB主机控制器芯片U3的引脚54为下行端口1的过流检测输入，通过电感L11接到U11的VBUS 引脚上，同时连接M0SFET-P至VCC。 USB主机控制器芯片U3的引脚29为中断输出引脚，接到微 处理器上。USB主机控制器芯片U3的引脚38为Good一Link信号输出引脚，通过发光二极管LEDO 和限流电阻R5接到VCC，指示芯片的通信状态。USB主机控制器芯片U3的引脚50和引脚51为USB 数据接口引脚，通过限流电阻R24和R22接到USB A型接口U11的引脚3和引脚2上。USB A型接 口U11的引脚4，引脚5，引脚6均接到GND。 C24和C25为USB信号线上的滤波电容，R25和R26为 USB信号线上的保护电阻。USB A型接口U11的引脚1为VBUS引脚，串联滤波电感L1后接到USB 主机控制器芯片U3的引脚54。M0SFET-P Q1与C8，电阻R20—起构成VBUS的转换电路，提供HPSW1 信号和H0C1信号，MOSFET-P Q1的引脚1接VCC信号，引脚3为H0C1信号，引脚2为HPSW1信号， HPSW1信号通过R20和C8的并联网络接VCC， H0C1信号通过L1接USB A型接口U11的VBUS信号。 以上为主机控制器电路的主要部分，除此之外，还有一些芯片外围电路。振荡电路中，无源 晶振X0两端分别通过滤波电容C17， C18接GND，振荡信号从XO的两端接到USB主机控制器芯片 U3的引脚43，引脚44。 Rll， R12， R17， R18， R21， R23， R27均为USB主机控制器芯片U3相应 连接引脚的限流电阻。Cl， C2， C26为滤波电容，L2为滤波电感。
图5为本发明下位机执行系统的USB设备控制器电路。USB设备控制器电路以USB设备控制 器芯片PDIUSBD12 U4为核心。USB设备控制器芯片U4的引脚1到引脚8共8个引脚组成8位数据 总线，连接到图2所示微处理器Ul的Port A，提供与微处理器U1的数据接口。 USB设备控制器 芯片U4的引脚15，引脚16、引脚28为读写控制引脚，接到微处理器U1的相应输出管脚上。USB 设备控制器芯片U4的引脚14为通信中断信号输出引脚，接到微处理器U1上送出USB设备控制器芯片U4的通信中断信号。USB设备控制器芯片U4的引脚25，引脚26通过限流电阻R28， R30 接到USB接口U22的引脚2，引脚3，提供与USB总线的连接。USB接口U22的引脚4和引脚5，引 脚6分别为接地端和外壳端，均接到GND。电容C27， C28和电阻R32， R33均为USB信号线上的 保护器件。R31为USB信号线的上拉电阻。USB设备控制器芯片U4的引脚21为Good一Link引脚， 接到发光二极管DS2的负极，DS2的正极通过限流电阻R13接VCC，构成通信状态指示电路。USB 设备控制器芯片U4当中与DMA传输相关的引脚17， 18， 19与复位信号引脚20—起通过上拉电 阻接到VCC。
振荡电路中，无源晶振X1两端分别通过滤波电容C37， C38接GND，振荡信号从X1的两端 接到USB设备控制器芯片U4的引脚22，引脚23。
图6为本系统软件层次结构图。系统软件包括上位机软件和下位机软件两部分。上下位 机软件设计均采用了层次化的设计方式，在设计时充分利用了USB设备控制器芯片raiUSBD12 的6个双向通信端点完成不同功能模块的通信，在USB设备程序的编写上利用了LabVIEW的 VISA技术，设计了灵活的USB接口设备端点访问方式。如图6所示，上位机软件包括最底层的 USB设备驱动程序，中间层的USB-CAN协议转换程序和最上层的用户层软件。USB设备驱动完 成与下位机的USB通信，中间层为协议转换层，协议转换层将用户层的CAN标定数据打包成USB 格式数据，从底层的USB数据中取出CAN信号，最上层的用户软件层包括实时监控界面，用户 控制界面和后台处理程序。与上位机软件层次相对应，下位机软件也分三层，依次对应上位 机的USB通信层，协议转换层和CAN信号处理层。从逻辑上来讲，不同的功能模块通过USB设 备控制器芯片PDIUSBD12的不同端点来交换数据，提高了USB接口芯片的资源利用率，保证了 传输质量。具体来讲，底层通信和底层设备状态控制主要依赖控制端点O。 CAN通信功能则依 赖于中断端点1和批量端点2。
图7为上位机软件主程序流程。上位机控制软件完成CAN总线数据的实时显示和后台处 理，完成控制信息的输入和封装下载，完成对下位机的设置和通信控制。程序启动后，初始 化显示界面，存储文件，自动检测下位机USB设备，完成USB设备的初始化。初始化出错则提 示用户，退出程序；初始化正确，启动定时并行循环任务。并行任务之一为定时查询下位机 缓存区，如果下位机缓存区有效，从下位机读取数据，调用协议转换子程序，从USB数据帧 中得到CAN总线数据，按照用户层CAN协议解析后，导入人机界面显示，同时，把数据按照特 定格式存入文件中，以备离线分析。并行任务之二为定时査询用户输入的控制信号，如果有 控制信号输入，则按照CAN协议封装下载帧，发送到下位机执行系统。如果在任何时刻检测 到程序退出操作，则完成此次定时任务后，断开与下位机设备的连接，关闭相关文件，退出程序。
图8为下位机主程序流程图。下位机程序为嵌入微处理器的程序，控制下位机执行CAN 通信，与USB存储设备通信，与USB主机通信等任务。图8a为下位机主程序流程图。下位 机程序采用中断机制，功能模块均包含在中断处理函数中。微处理器上电后，初始化微处理 器输入输出口 ，初始化CAN模块，初始化USB设备控制器芯片PDIUSBD12和USB主机控制器 芯片ISP1161。初始化完成后，开全局中断。主程序前台等待中断，检测到CAN接收中断， 则调用CAN中断处理程序，完成CAN总线数据处理；检测到设备控制器芯片PDIUSBD12通信 中断，调用中断处理程序，完成通信处理。图8b为CAN中断处理子程序，中断处理程序首 先读取CAN模块接收缓存，清CAN中断接收标志。调用CAN-USB协议转换子程序，将CAN总 线信号转换成USB格式的数据，送入微处理器U1缓存中；如果检测到USB存储设备接入， 调用USB主机控制器芯片ISP1161读写子程序，将CAN总线信号写入USB存储设备，实现随 车数据记录仪功能。最后，结束中断处理函数，返回主程序。图8c为设备控制器芯片 PDIUSBD12中断处理子函数。该中断处理子函数通过对中断标志与各个端点中断标志对比， 确定主机访问的端点，调用相应的端点中断处理子函数，完成通信任务。端点0IN和端点0 OUT中断处理子函数主要用来接收主机设置命令，汇报设备状态。端点l OUT中断处理子函 数，处理主机的查询命令，将主机请求的数据写入端点缓存。端点2 IN中断处理子函数， 发送缓存的CAN总线数据到上位机，端点2 0UT子函数，读取上位机发送的控制信号，调用 协议转换子程序，将控制信号封装成指定格式的CAN帧后发送至CAN总线，完成CAN网络与 上位机的通信。
上位机的USB设备驱动程序将USB设备识别为USB类型的VISA资源，采用轮询机制； 该设备驱动程序通过控制端点0来实现USB设备的状态设置和查询，通过中断端点1实现对 CAN数据缓存区的査询，通过批量端点2实现CAN数据在上下位机之间的交互。
本发明将高速灵活的USB总线与CAN总线数据采集设备结合起来，通过USB主机控制器 芯片ISP1161芯片连接USB存储设备，实现了随车数据记录仪的功能，通过USB设备控制器 芯片PDIUSBD12芯片使CAN数据采集设备可以和主机实现灵活连接，随时可以通过主机实现 对CAN总线的监控。并且，本发明采用了灵活的端点访问方式编写主机端的USB设备驱动程 序，使设备具有很好的功能扩展性。
权利要求
1、一种可实现智能CAN总线通信的车载记录仪，其特征在于该记录仪包括上位机控制系统和下位机执行系统；上位机控制系统包括基于虚拟仪器技术的监控界面和用VISA技术开发灵活高效的USB设备驱动程序；下位机执行系统由基于微处理器的执行器和微处理器中嵌入的控制软件两部分构成；微处理器执行器包括微处理器、CAN总线接口电路、USB主机控制器电路、USB设备控制器电路；微处理器通过CAN总线接口电路与CAN网络连接，从CAN总线采集数据，经解析处理后，选择通过USB设备接口传送到上位机，实现CAN总线实时监控功能，或者通过USB主机控制器芯片传送到USB存储设备。
2、 按照权利要求1所述的可实现智能CAN总线通信的车载记录仪，其特征在于，微处 理器通过自带的MSCAN模块连接CAN总线接口电路；在微处理器中，Port A为USB主机控制 器电路的数据总线接口， Port B和Port S为USB设备控制器电路的数据总线接口 ， Port S 的引脚PS3、 PS4、 PS5和Port J的引脚PJO为USB主机控制器电路的读写控制引脚，Port S 的引脚PS0、 PS1、 PS2和Port J的引脚PJ1为USB设备控制器电路的读写控制引脚。
3、 按照权利要求1或2所述的可实现智能CAN总线通信的车载记录仪，其特征在于， 微处理器Ul为MC9S12DP256微处理器；微处理器Ul的105脚和104脚为微处理器CAN模块 0的Rx和Tx引脚；连接CAN收发芯片U2的RXD和TXD引脚，是微处理器和CAN总线收发模 块的接口；微处理器U1的引脚24至引脚31，引脚9至引脚12，引脚15至引脚18共16个 引脚构成了 16位并行数据总线，连接USB主机控制器芯片ISP1161的数据接口；微处理器 Ul的引脚93、 94分别为RD和WD信号引脚，实现微处理器对ISP1161的读写控制；微处理 器Ul的引脚21连接ISP1161的读写中断引脚；微处理器Ul通过上述20个引脚的信号来控 制ISP1161的动作，完成对USB存储设备的检测和读写；微处理器Ul的Port A引脚57至 引脚64连接USB设备控制器芯片PDIUSBD12的数据总线，引脚89至引脚91为USB设备控 制器芯片PDIUSBD12的控制信号输出引脚，引脚22为USB设备控制器芯片PDIUSBD12的中 断输入引脚，微处理器Ul通过上述12个引脚完成与USB设备控制器芯片PDIUSBD12的连接； 芯片U5为MC34064D复位芯片，与按键复位开关S1，滤波电容C4，上拉电阻R4构成复位电 路，微处理器U1的引脚42为微处理器的复位引脚；JP5为外部电源接口， VR1为电压转换 芯片，VR1与二极管D4、 D5，滤波电感L3，滤波电容C3、 C21、 C22、 C33及TVS 二极管TVS1 构成电源电路，为微处理器U1提供电源；微处理器U1的引脚96接发光二极管Led3和限流 电阻R27，用来指示微处理器U1的工作状态。在USB主机控制器接口电路中，USB主机控制器芯片ISP1161 U3为接口电路核心芯片；USB 主机控制器芯片U3的引脚63、 64、 23、 4、 5、 6、 7、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 16、 17组成 U3的数据总线，连接到微处理器U1上；USB主机控制器芯片U3的引脚23、 22为ISP1161端的读 写控制引脚，接到微处理器U1相应引脚，USB主机控制器芯片U3的引脚46为下行端口1的电源 转换控制输出，接到M0SFET-P的输入级；USB主机控制器芯片U3的引脚54为下行端口1的过 流检测输入，通过电感L11接到USB A型接口U11的VBUS引脚上，同时连接M0SFET-P至VCC; USB主机控制器芯片ISP1161通过上述两个引脚，实现对USB存储设备的检测和供电；USB主机 控制器芯片U3的引脚29为中断输出引脚，接到微处理器U1上；USB主机控制器芯片U3的引脚 38为Good—Link信号输出引脚，通过发光二极管LED0和限流电阻R5接到VCC，在数据传输时， 驱动发光二极管指示芯片通信状态；USB主机控制器芯片U3的引脚50、 51为USB数据接口引脚， 通过限流电阻R24和R22接到USBA型接口U11的引脚3和引脚2上；USBA型接口U11的引脚4， 引脚5，引脚6均接到GND; C24和C25为USB信号线上的滤波电容，R25和R26为USB信号线上的 保护电阻；USBA型接口U11的引脚1为VBUS引脚，串联滤波电感L1后接到USB主机控制器芯片 U3的引脚54; M0SFET-P与C8、 R20—起构成VBUS的转换电路，提供HPSW1信号和H0C1信号；无 源晶振X0和滤波电容C17、 C18组成振荡电路，接到USB主机控制器芯片U3的引脚43，引脚44; Rll、 R12、 R17、 R18、 R21、 R23、 R27均为USB主机控制器芯片U3相应连接引脚的限流电阻； Cl、 C2、 C26为滤波电容，L2为滤波电感。USB设备接口控制电路以l)SB设备控制器芯片PDIUSBD12 U4为核心芯片；USB设备控制器 芯片U4的引脚1至8共8个引脚组成8位数据总线，连接到微处理器Ul的Port A; USB设备控制 器芯片U4的引脚15、引脚16、引脚28为读写控制引脚，接到微处理器U1的相应输出管脚上； USB设备控制器芯片U4的引脚14为通信中断信号输出引脚，接到微处理器U1上，送出USB设备 控制器芯片U4的通信中断信号；USB设备控制器芯片U4的引脚25、引脚26通过限流电阻R28、 R30接到USB A型接口U22的引脚2、 3，提供与USB总线的连接；USB A型接口U22的引脚4和引 脚5、引脚6分别为接地端和外壳端，均接到GND;电容C27， C28和电阻R32， R33均为USB信号 线上的保护器件；R31为USB信号线的上拉电阻；USB设备控制器芯片U4的引脚21为Good一Link 引脚，与发光二极管DS2和上拉电阻R13—起构成通信状态指示电路；USB设备控制器芯片U4 当中与DMA传输相关的引脚17、 18、 19与复位信号引脚20—起通过上拉电阻接到VCC;无源晶 振X1两端分别通过滤波电容C37， C38接GND，振荡信号从X1的两端接到USB设备控制器芯片U4 的引脚22、引脚23。
4、按照权利要求1所述的可实现智能CAN总线通信的车载记录仪，其特征在于系统的 执行过程如下下位机上电后，首先初始化微处理器输入输出口，初始化CAN模块，初始化USB设备控 制器芯片PDIUSBD12和USB主机控制器芯片ISP1161;等待CAN接收中断和USB设备控制器 芯片U4通信中断，在CAN接收中断处理子程序中，首先读取CAN模块接收缓存，调用协议 转换子程序，将CAN数据帧转换为USB数据格式，存到微处理器缓存区，如果连接了USB存 储设备，则调用ISP1161读写子程序，将数据保存到USB储存器设备，实现随车数据记录功 能；在D12中断处理子程序中，微处理器判断中断产生来源，调用相应的端点处理子函数， 完成设备配置命令的处理和设备状态的汇报，完成CAN网络与上位机的通信；上位机的USB设备驱动程序将USB设备识别为USB类型的VISA资源，采用轮询机制； 该设备驱动程序通过控制端点O来实现USB设备的状态设置和査询，通过中断端点1实现CAN 数据缓存区的查询，通过批量端点2实现CAN数据在上下位机之间的交互。
全文摘要
一种可实现智能CAN总线通信的车载记录仪，其特征在于该记录仪包括上位机控制系统和下位机执行系统；上位机控制系统包括带USB接口的普通PC机、基于虚拟仪器技术的监控界面和用VISA技术开发灵活高效的USB设备驱动程序。下位机执行系统由基于微处理器的执行器和微处理器中嵌入的控制软件两部分构成。微处理器执行器包括微处理器、CAN总线接口电路、USB主机控制器电路、USB设备控制器电路。微处理器通过CAN总线接口电路与CAN网络连接，从CAN总线采集数据，经解析处理后，选择通过USB设备控制器芯片传送到上位机，实现CAN总线实时监控功能，或者通过USB主机控制器芯片传送到USB存储设备，实现车载记录仪的功能。
文档编号G06F3/06GK101276488SQ20081010275
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者宋晓光, 廖承林, 欢 王, 王丽芳 申请人:中国科学院电工研究所