一种以太网‑CAN总线换装置的制作方法

本实用新型涉及工业控制领域，尤其涉及一种以太网-CAN总线转换装置。

背景技术：

CAN（控制器局域网）现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。以太网接口开始是为了连接实验室的多个计算机设备，开发的快速连接方式。

随着传输速率的提高和交换技术的使用，以太网的确定性和实时性得到了保证，工业以太网的安全性和网络生存性也得到了很大程度的提高。使其在工业控制领域得到广泛的应用。目前计算机已经广泛应用与各个操控领域，而计算机常用的连接端口就是以太网，只要接口标准统一，并安装好必要的软件，计算机就可以介入到各个控制系统中去。因此，为了提高效率，有必要采用技术手段，实现通过以太网接口使计算机融入CAN网络，把以太网的远距离传输性与CAN的专业性结合起来，优势组合。

现有的技术中，以太网-CAN总线转换电路设计复杂，占用的空间以及系统资源较多。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种以太网-CAN总线换装置，在不降低效率的同时，有效地节省空间与资源，在遵循CAN与以太网协议的基础上，通过通讯的握手协议和简化的以太网协议，实现了以太网数据与CAN数据的转发，顺利地解决了以太网的高速性与CAN的低速率，以及两者数据包之间的大小矛盾，能够保证数据的完整和协议的可靠。

具体方案如下：一种以太网-CAN总线转换装置，包括RTL8019AS以太网控制器、STM32F4微控制器、HR911105A网络变压器和SN65HVD230 CAN收发器，所述的HR911105A网络变压器与所述的RTL8019AS以太网控制器连接，所述的RTL8019AS以太网控制器与所述的STM32F4微控制器连接，所述的STM32F4微控制器内部集成有CAN控制器，所述的STM32F4微控制器与所述的SN65HVD230 CAN收发器连接。

进一步的，所述的CAN收发器串接有电阻。

进一步的，所述的微控制器与所述的CAN收发器之间串接有光耦。

与现有技术相比，本实用新型使用高度集成化的网络接口芯片RTL8019和集成CAN控制器的STM32F4，在不降低效率的同时，有效地节省空间与系统资源，在STM32F4和SN65HV230之间增加高速光耦，以满足CAN的高速率通信，并且CAN收发器与CAN总线引脚之间串接有电阻，以起到限流作用。

附图说明

图1是以太网-CAN总线转换装置电路框图；

图2是RTL8019AS以太网控制器内部结构图；

图3是STM32F4微控制器内部CAN结构框图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，为本实用新型一实施例的以太网-CAN总线转换装置电路框图，其包括HR911105A网络变压器、RTL8019AS以太网控制器、STM32F4微控制器、SN65HVD230 CAN收发器，其中RTL8019AS以太网控制器与HR911105A网络变压器组成以太网电路部分，SN65H-VD230单个组成CAN收发电路，HR911105A网络变压器与RTL8019AS以太网控制器线路连接，RTL8019AS以太网控制器与STM32F4微控制器线路连接，其工作原理如下，当RTL8019AS收到以太网数据时，触发STM32F4的INTO，STM32F4把数据从RTL8019的接收缓冲区拷贝到其内存空间，然后通过SN65HVD230转发到CAN网络；当CAN数据有要发送到以太网，STM32F4收到数据后，就向RTL8019AS的发送缓冲区转发数据，最后由RTL8019AS通过HR911105A发到以太网。

以太网电路部分：RTL8019AS通过HR9011105A连接到以太网上。RTL8019的收发信号分别连接到HR9011105A的收发针脚，同时前者的LED控制信号LINK、ACK也都接到后者相应针脚。其中，LINK是连接成功指示灯，ACK是数据传输指示灯。RTL8019AS与STM32F4的连接，首先数据和地址总线、读写信号相连接，其次RTL8019AS的中断引脚INT与C8051-F040的INT0引脚连接在一起，其片选CS阵脚接STM32F4的A15脚。RTL8019AS的发送缓冲区地址为0x0000～0x07FF，接收缓冲区地址前部分与发送缓冲器重合，具体地址为0x0000～0x0FFF。当A15为低电平（CS也为低）时，STM32F4就选中RTL8019，即RTL8019的内部地址空间0x0000～0x0 FFF的外部映射地址为0x8000～0x8FFF。

RTL8019AS发送数据包：通过使用自动写（AutoWrite）寄存器将数据装载到发送缓冲区，并向内部存储器TXGO写1来发送数据包。一旦发送完成，会产生数据包已发送中断，通知STM32F4。RTL8019接收数据包：当MAC接收被使能且接收缓冲区未满时，包接收会自动进行。一旦收到数据包，就会产生包接收中断通知主机。主机可以用自动读（AutoRead）接口读取数据包。

CAN电路部分：STM32F4已经集成CAN控制器，电路只需1个CAN总线收发器。这里使用TI公司的SN65HVD230收发器。由于SN65HV230收发器具有强电磁干扰下宽共模电压范围的差动接收能力、交叉线保护、过热保护、失地保护、过压保护等卓越特性，本实施例中，设计省去了高速光耦6N137以简化电路设计，在另外的实施例中，如果需要增强抗干扰能力，也可在STM32F4和SN65HV230之间增加2个高速光耦6N137，以满足CAN的高速率通信。本实施例中，在CANH与CANL引脚与SN65HVD230CAN收发器相连的部分各串联1个5 Ω电阻与总线相连以起到限流作用。

本实施例中以太网控制器为RTL8019AS以太网控制器, 其内部结构如图2所示,其主要性能如下：

（1）符号Ethernet II与IEEE802.3（10Base5、10Base2、10BaseT）标准； （2）全双工，收发可同时达到10Mbps的速率；

（3）内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；

（4）支持8/16位数据总线，8个中断申请线以及16个I/O基地址选择；

（5）支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正；

（6）允许4个诊断LED引脚可编程输出；

（7）100脚的PQFP封装，缩小了PCB尺寸。

RTL8019AS符合IEEE 802.3协议：内置lOMbps以太网物理层器件PHY及媒介接入控制器MAC，可按业界标准的以太网协议可靠地收发信息包数据；具有可编程填充和CRC自动生成功能。可编程过滤功能：特殊的过滤器，可自动评价、接收或拒收Magic Packet、单播（Unicast）、多播（Multicast）或广播（Broadcast）信息包，以减轻主控制器的处理负荷。

RTL8019AS的多种集成功能（如CRC校验、数据滤波等）有效减轻了单片机的载荷，它内部的收发接口单元操作起来灵活方便，为以太网数据包提供了有效缓冲。使用该芯片时，电路只需增加1个RJ-45快速以太网接口即可，其工作特性可以满足CAN总线的传输波特率要求。

本实施例中微控制器为STM32F4微控制器，其内部结构如图2所示，STM32F4是基于高性能的ARM®Cortex™-M4F的32位RISC内核，工作频率高达168 MHz的。的Cortex-M4F核心功能支持所有ARM单精度数据处理指令和数据类型的单精度浮点单元（FPU）。它还实现了一套完整的DSP指令和内存保护单元（MPU），从而提高应用程序的安全性。该STM32F407ZG系列采用高速嵌入式存储器（多达1 MB闪存，高达192 KB的SRAM），最多4字节的备份SRAM，以及广泛的增强I / O的连接到两条APB总线和外设，两个AHB总线和一个32位的多AHB总线矩阵。所有STM32F407ZG设备提供3个12位ADC，两个DAC，1个低功耗RTC，12个通用16位定时器，其中包括两个用于电机控制的PWM定时器，两个通用32位定时器。一个真正的随机数发生器（RNG）。他们还配备了标准和先进的通信接口。STM32F4内部集成的CAN控制器包括2个CAN内核、消息RAM（独立于CIP-51内核）、消息处理单元、控制寄存器等。STM32F4内部包含2个CAN协议控制器，并没有提供物理层的驱动器，实现与CAN总线的接口。数据接收和滤波都由CAN控制器完成，不需要CIP-51内核的参与。这种方式可使CAN通信时占用的系统资源最小。CIP-51内核通过配置其内部的特殊功能寄存器来实现CAN的数据交互。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。