基于可编程逻辑控制器的can总线接口隔离通信模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种总线通信技术。
【背景技术】
[0002] CAN总线网络通信广泛应用于车辆及各类系统，出于产品本身安全性考虑或抗电 磁兼容试验要求，为控制并减少信号激励源与被测CAN总线网络通信系统之间的相互干 扰，需要对CAN总线测试接口进行隔离通信设计以达到断开电气连接的目的。
[0003] 目前，对CAN总线接口差分电平进行隔离操作的主要途径有以下两种：1)采用网 关方式，利用单片机等微控制器进行数据链中继以完成CAN总线接口的信号转换，其显著 弊端在于该微控制器要同时设计两套相互独立的CAN总线软硬件接口，系统复杂、实时性 差、而且在不同网络之间进行通信时要重新配置软件程序，可移植性不好；2)单纯以物理 差分电平值为设计依据，通过适配专用电源供给模块和光电隔离器来实现CAN总线接口隔 离通信，其优点在于成本低廉，但缺点也非常明显：需要有+5V、+4V、+2. 5V、+1. 5V、+3V等多 品种电压源和高精度分压电阻进行配合，电路结构复杂、器件品质要求较高而且抗干扰性 差，电压稍微产生偏离就会造成CAN总线接口隔离通信异常，而且还会将该故障反馈到被 测CAN总线网络，很不实用。另外，可编程逻辑控制理论上也可以由74系列器件搭接组合 来实现，因为不具备ISP接口所以其灵活度较差，而且在高负载率情况下不能进行全双工 收发通信。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于数字可编程逻辑控制方式的CAN 总线接口隔离通信模块，以提高CAN总线接口隔离通信模块的实时性、可靠性、抗干扰性和 可移植性为出发点，设计了一种生产成本低廉、实用性强的产品。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括CAN总线接口隔离通信物理层 硬件电路和ISP程序下载和按键复位电路，其中，CAN总线接口隔离通信物理层硬件电路包 括两个完全相同的CAN总线物理层隔离电路。
[0006] 每个CAN总线物理层隔离电路包括16支电容、8支电阻和和2片CAN总线驱动器， 其中，Cl、C3、C5、C8、C9、Cll、C13、C16 为 0· 1 μ F 无极性电容，C4、C6、C12、C14 为 0· 01 μ F 无极性电容，C2、C7、C10、C15为10 μ F极性电容，上拉电阻RU R2、R5、R6阻值为10Κ，动态 电阻R3、R7阻值为47K，CAN总线终端电阻R2、R8阻值为120 Ω ;其中，CAN总线驱动器Ul 的引脚4RXD和引脚5TXD分别通过上拉电阻Rl、R2接至+5V电源以及可编程逻辑控制器U3 的引脚2和引脚3 ;CAN总线驱动器U2的引脚4RXD和引脚5TXD分别通过上拉电阻R5、R6 接至+5V电源以及可编程逻辑控制器U3的引脚5和引脚6 ;引脚6和引脚8连接+5V电源； 引脚1、3、7、9、10接地；引脚6和引脚1、3、7、9、10之间连接有并接电容03和04;引脚8和 引脚9之间连接有并接的电容Cl和1C2 ;引脚12从外部连接至引脚19 ;在引脚12和引脚 11之间连接有并接的储能电容C7和去耦电容C8 ;引脚19和引脚20之间连接有并接的电 容C5和C6 ;引脚18通过动态电阻R3接地；引脚11、13、16、20接地；引脚17和引脚15与 CAN物理总线相连，且两端并联终端电阻R4 ;所述的ISP程序下载和按键复位电路包括可编 程逻辑控制芯片、晶振、阻值为IK的电阻R17、R18、R19、R21和阻值为5. 1 Ω的电阻R20、 复位按钮开关和电容；可编程逻辑控制芯片U3的引脚1连接至程序下载接口 U7的引脚9 ; 引脚2RXD和引脚3TXD分别通过上拉电阻Rl、R2连接至CAN总线驱动器U1的引脚4RXD和 引脚5TXD ;可编程逻辑控制芯片U3的引脚5RXD和引脚6TXD分别通过上拉电阻RU R2连 接至CAN总线驱动器U2的引脚4RXD和引脚5TXD ;可编程逻辑控制芯片U3的引脚7连接 至程序下载接口 U7的引脚5 ;引脚9、23、29、41连接+5V电源；引脚4、24、36、38、39、44连 接至+5V电源地；引脚26连接至程序下载接口 U7的引脚1 ;引脚32连接至程序下载接口 U7的引脚3 ;引脚37通过电阻R20连接至晶振的引脚3,晶振U6的引脚1和引脚4连接至 +5V电源，引脚2连接+5V电源地，并与可编程逻辑控制芯片U3的引脚37之间连接电容， ISP程序下载电路接口 U7的引脚1通过电阻R18连接至+5V电源地，引脚2和引脚10连接 至+5V电源地，引脚4连接至+5V电源，引脚5通过电阻R17连接至+5V电源，引脚9通过 电阻R19连接至+5V电源，复位按钮开关的引脚1与可编程逻辑控制芯片U3的引脚22连 接，同时通过限流电阻R21连接至+5V电源，复位按钮开关的引脚2连接至+5V电源地。
[0007] 本发明的有益效果是：
[0008] (1)以ADI公司ADM3053芯片为CAN总线接口驱动器，可有效降低硬件设计复杂 度，提高CAN总线接口隔离通信模块的可靠性，该芯片集成了 CAN收发器、信号隔离以及DC/ DC供电隔离等功能，具有功耗低、成本小、抗干扰能力强的特点。
[0009] (2)以ATMEL公司EPM7032STI44-5可编程逻辑控制芯片为RXD和TXD信号回环逻 辑控制处理中心，只按照CAN总线通信规范进行流程设计，无须进行任何其它中间转换，所 以具有良好的通用性、可移植性和实时性。另外，可编程逻辑控制由数字门电路来实现，相 比于模拟差分电平来说其容偏性更高，提高了 CAN总线接口隔离通信模块的整体可靠性。
[0010] (3)电容主要用于芯片电源脚的旁路滤波，降低高频噪声，提高电源工作稳定性； 上拉电阻主要用于将RXD/TXD信号引脚嵌位在高电平状态态，提高总线抗电磁干扰能力； 动态电阻主要用于调节CAN总线差分信号的边沿倾斜状态以控制其速率；终端电阻用于消 除在CAN总线通信电缆中的信号反射。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明CAN总线接口隔离通信模块原理框图；
[0012] 图2为本发明CAN总线接口隔离通信模块电路图；
[0013] 图3为本发明可编程逻辑控制模块工作流程图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供了一种基于可编程逻辑控制器的CAN总线接口隔离通信模块，该模块 不将波特率、帧格式、滤波方式、ID标识符等网络通信参数作为设计输入，而只以RXD和TXD 电平为标准，按照CAN总线通信规范进行回环设计，不作任何其它的中间转换，因此具有良 好的通用性、可移植性和实时性；在工程测试过程中，以总线不产生转换错误帧为前提，测 量其极限负载可达到690帧/秒，提高了数据转换的吞吐量。另外，在硬件层面：通过选用 ADM3053芯片将光电隔离（6N137)与总线驱动器（PCA82C250)的功能进行集成，可有效提高 该模块的可靠性和抗外部干扰能力。同时，可编程逻辑控制器都具有ISP功能，因此该模块 还具有很强的可维护性。综上所述，该CAN总线接口隔离通信模块有着良好的应用背景和 重要的使用价值。
[0015] 本发明包括CAN总线接口隔离通信物理层硬件电路、ISP程序下载和按键复位电 路、可编程逻辑控制模块。其中，CAN总线接口隔离通信物理层硬件电路包括CANl总线物理 层隔离电路和CAN2总线物理层隔离电路，其工作原理与器件组成完全一致，可互换处理， CAN总线接口隔离通信模块原理框图见图1。
[0016] CANl总线物理层隔离电路包括16支电容（CU C3、C5、C8、C9、Cll、C13、C16容值 为 0· 1 μ F 无极性电容，型号为 CT41-0805-CG-50V-104JWP ;C4、C6、C12、C14 容值为 0· 01 μ F 无极性电容，型号为CT41-0805-CG-50V-103JWP ;C2、C7、C10、C15容值为10 μ F极性电容， 型号为CT41-3528-CG-50V-106JWP)、8支电阻（上拉电阻RU R2、R5、R6阻值为10Κ，型号 为RMK2012KB103FM ;动态电阻R3、R7阻值为47K，型号为RMK2012KB473FM ;CAN1总线终端 电阻R2、R8阻值为120 Ω，型号为RMK2012KB121FM)和2片CAN总线驱动器ADM3053芯片 (Ul、U2)。CAN2总线物理层隔离电路器件组成与CANl总线物理层隔离电路完全一致。上 述器件中，电容主要用于芯片电源脚的旁路滤波，降低高频噪声，提高电源工作稳定性；上 拉电阻主要用于将RXD/TXD信号引脚嵌位在高电平状态态，提高总线抗电磁干扰能力；动 态电阻主要用于调节CAN总线差分信号的边沿倾斜状态以控制其速率；终端电阻用于消 除在CAN总线通信电缆中的信号反射。CAN总线驱动器选用ADM3053芯片，ADM3053是一 款隔离式控制器区域网络物理层收发