专利名称：满足iso9141标准的总线通讯转发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车总线通讯的控制电路，特别是涉及一种满足 IS09141标准的总线通讯转发器。
背景技术：
目前，全球汽车总量不断增加，汽车中用到的电子产品的比重也越来 越高，尤其是汽车网络通讯部分越来越多。比如进行车身诊断的K-Line 总线通讯系统，进行车身控制管理的Lin总线通讯系统等，上述两种通讯 方式都是以IS09141标准为基础建立的。由于其通讯时高电平信号一般为 12V左右，并且是采用单根线进行收发通讯的，而与之通讯的电子控制单 元中的处理器如MCU，其输入输出的高电平信号一般为5V左右，并且是 采用串口方式进行通讯的，即采用两根通讯线， 一根TXD用作发送信息， 一根RXD用作接收信息，所以在IS09141总线与MCU串口间就要求有一个 信号转换处理的电路。
目前进行这种信号转换处理的电路大多是采用国外半导体公司生产 的专用集成电路，如ST公司的L9637, L9638等，FREESCALE公司的 MC33290， MC33399等。采用这种集成电路的好处是集成度高、调试方便， 但是其价格较高，且国内不易采购，定货周期长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种满足IS09141标准的总线通讯转发器，其电路简单、可靠，所用器件通用易于采购，电路成本低。
为解决上述技术问题，本发明的满足IS09141标准的总线通讯转发 器，包括总线保护电路、总线整形滤波电路、总线转换电路；
总线整形滤波电路，用于滤除IS09141总线上的干扰噪声及消除信 号震荡，并实现IS09141总线接收到微处理器串口接收的转换；
总线保护电路，连接在所述总线整形滤波电路的输入端，用来提高 本总线通讯转发器电路对外接口在受到瞬时干扰时的抵抗力及防止外界 过高电压对所述总线整形滤波电路的损坏；
总线转换电路，连接在所述总线整形滤波电路的输入端，将微处理器 的串口发射转换为IS09141总线发射。
由于采用本发明的总线通讯转发器，可以将串口通讯转换成双向单线 通讯，实现汽车电子模块中MCU与符合IS09141标准的接口电路的通讯。
本发明的总线通讯转发器，采用通常的分离电子元器件，如二极管、 三极管、电阻、电容即可组成，其电路简单、可靠，所用器件易于采购， 电路成本低。
下面结合附图和具体实现方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的满足IS09141标准的总线通讯转发器电路原理图2是图1中总线整形滤波电路的原理图3是图1中总线整形滤波电路的输出高电平V。h、输出低电平V。l与 上门限电压VTH、下门限电压VT1_之间的变化关系示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的满足IS09141标准的总线通讯转发器，包括总线
保护电路、总线整形滤波电路、总线转换电路。
结合图2，所述总线整形滤波电路由运算放大器(以下简称运放)U1A、 电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、电容C1构成。其作用是滤除总线上干扰噪声及 消除信号震荡，另外与总线转换电路中的电阻R6、 二极管D1组合实现从 IS09141总线接收到MCU串口接收的转换。
电阻R1—端连接在运放U1A的输出端，另一端与MCU-PuIIUp (MCU的一 个I/0口)端连接，作为所述总线整形滤波电路输出端上拉电阻。在本实施 方式中上拉电阻Rl由MCU的I/0口控制，将上拉电阻Rl接到MCU的一个I/0口 上，由MCU的I/0口来控制上拉电阻R1是否有效，实现上拉功能。当然上拉 电阻R1还可以采用其他方式灵活配置，比如可以直接将上拉电阻R1接至UMCU 工作的5V电源上，实现上拉功能。上拉电阻R1的作用是避免运放U1A输出端 出现高阻状态，另外由于运放U1A输出端一般是0C门器件，所以其上拉电流 也必须由上拉电阻R1来提供。
电阻R2作为反馈电阻跨接在运放U1A的输出端与正向输入端之间。电阻 R3的一端连接在运放U1A的正向输入端，其另一端与总线保护电路、总线转 换电路连接。
电阻R4、 R5串接在VBATT (在本实施方式中，VBATT是由汽车上的蓄电 池获得的，并且是12V的汽车蓄电池。VBATT也可以由微处理器MCU来控制通 断)与地线之间，分压后产生总线整形滤波电路反向输入端的比较电压 VREF。当然比较电压V,也可采用外接一参考电压的方式实现。电容C1连接在 VBATT与地线之间，用于滤除运放U1A输入输出的高频噪声。运放U1A的输出端与MCU的串口接收端MCU-RXD连接。
所述总线保护电路由二极管D1、瞬态抑制管D2串接构成。二极管D1的 正极与总线整形滤波电路的电阻R3连接；用来防止后端电路(总线整形滤 波电路)免受长时间过压冲击，例如当总线上长时间出现大于VBATT的情况 时，由于二极管D1的反向保护作用，从而使得二极管D1正极后端电路输入 电压始终限制在VBATT以下，进而实现保护功能。在本实施方式中瞬态抑制 管D2—端接地线，另一端与二极管D1的负极连接。瞬态抑制管可以根据需 要灵活选择，如根据功率、嵌位电压、单向或双向等性能指标选择。瞬态 抑制管D2主要用来保护后端电路免受总线上出现的瞬时尖峰脉冲干扰。这
种瞬时尖峰脉冲干扰可能是由快速电压变化、雷电、静电放电等产生的。
所述总线转换电路由电阻R6、 R7、 R8、 二极管D1、三极管Q1 (NPN型) 组成。电阻R7是三极管Q1的发射极电阻，连接在三极管Q1的发射极与地线 之间。电阻R8是三极管Q1的基极电阻，连接在三极管Q1的基极与MCU的串口 发送端MCU-TXD之间。三极管Q1的集电极通过二极管D1、电阻R6与VBATT连 接。其中，二极管W的负极与三极管Q1的集电极连接，其节点连接IS09141 总线接口IS09141-BUS。
本发明的满足IS09141标准的总线通讯转发器的工作过程是 所述总线整形滤波电路反向输入端的比较电压V^的大小为 VREF=VBATT*R5/ (R4+R5)。 (公式l)
而总线整形滤波电路的门限电压VT也可以得到
<formula>formula see original document page 8</formula> (公式2)
由于公式2中总线整形滤波电路输出电平V。有输出高电平V。H和输出低电平V^两种状态，所以可以分别得到上门限电压VTH和下门限电压Vw
VTH 二[ (R3+R2) *VREF— (R3*V0L) ]) /R2 (公式3) VTL =[ (R3+R2) *VREF— (R3*V0H) ]/R2 (公式4) 上门限电压VTH与下门限电压VTL的差值A U称为门限宽度或迟滞宽度。
即
AU=VTH-VT1=R3* (V。H-V。L) /R2 。 (公式5) 由上面分析可以画出总线整形滤波电路输出的高电平V。H、低电平Va与
上门限电压VTH、下门限电压VT,之间的变化关系图(参见图3)。
由图3可以看到，当总线整形滤波电路的输入信号V^只有达到上门限电
压VTH时，其输出V。才会发生翻转，即由低电平V。,变为高电平V。H;而当输入
信号V^降到上门限电压VTH以下时，总线整形滤波电路的输出V。并不会翻转，
只有输入信号Vw降到下门限电压V^以下时，其输出V。才会发生翻转，即由 高电平V。H变为低电平Va。因此不难看出，当输入信号V^有波动时，只要波 动电压干扰值不超过门限宽度A U，总线整形滤波电路的输出V。的电压值就 将是稳定的。所述总线整形滤波电路就是通过这个原理实现了滤除总线上 干扰噪声及消除信号震荡的功能。 总线转换的过程是
当IS09141总线接口 IS09141-BUS为低电平V化时，由于电阻R6与 VBATT相连，所以使得二极管D1正向导通。而二极管D1的正向导通压降 一般为0. 6V左右，即图2中的V^处大约为0. 6V，这个电平值可以使其 远小于总线整形滤波电路的正向输入端的下门限电压VTl_，因而运放U1A 输出低电平Va。当IS09141总线接口 IS09141-BUS为高电平V]H时，若该高电平VIH小于VBATT减去0. 6V时，则图2中的VIN处大约为所述高电平VIH 加0. 6V;当IS09141总线接口 IS09141-BUS的高电平V!h大于VBATT减去 0. 6V时，则图2中的Vw处大约为VBATT。这两种状态下，V^处的电平值 都可以使其远大于总线整形滤波电路的正向输入端的上门限电压VTH，因 而运放U1A输出高电平V。H。通过上面的分析可以看到总线整形滤波电路 与电阻R6、 二极管Dl的组合可以实现从IS09141总线接收到MCU串口接 收的转换过程。
另外，在图1中电阻R6、 R7、 R8、三极管Q1 (NPN型)的组合可以 实现从MCU串口发射到IS09141总线发射的转换。其过程如下
当MCU的串口发送端MCU-TXD为高电平时，三极管Q1饱和导通，从 而使得IS09141总线接口 IS09141-BUS的电平为V<:E+VR7,其中，VcE为三极 管Ql集电极和发射机之间的管压降，V^为电阻R7上的电压降。电阻R7 主要用于限流，即防止通过三极管Ql的电流过大而使其损坏。电阻R7 的阻值一般选取在几十欧姆的等级上，因而Vw会很小， 一般在0. 5V以下， 而管压降L一般最大为0. 3V，这样三极管Ql导通时IS09141总线接口 IS09141-BUS的电平值最大为0. 5V+0. 3V=0. 8V。对于IS09141总线通讯而 言符合低电平的要求即小于VBATT *20%=2.4V。因此，当MCU的串口发 送端MCU-TXD为高电平时IS09141总线接口 IS09141-BUS为低电平；当 MCU的串口发送端MCU-TXD为低时，三极管Ql截止，从而使得IS09141 总线接口 IS09141-BUS的电平仅受电阻R6和二极管Dl影响，其电平值大 约为VBATT-0.6V=11.4V，对于IS09141总线通讯而言符合高电平的要求 即大于VBATT*80%=9. 6V。因此，当MCU的串口发送端MCU-TXD为低电平时，IS09141总线接口 IS09141-BUS为高电平。通过MCU软件的处理，即 在准备串口发射时，先将发射的信息(包括串口通讯的起始位和停止位) 取反后再发射出去，就可以使MCU的串口发送端MCU-TXD为高时，IS09141 总线接口 IS09141-BUS也为高电平；MCU的串口发送端MCU-TXD为低电平 时，IS09141总线接口 IS09141-BUS也为低电平。这样就实现了从MCU串 口发射到IS09141总线发射的转换。电阻R8用于限制流过三极管Ql基极 的电流大小。
最后再提一点，在实现从IS09141总线接收到MCU串口接收的转换过 程前，要先通过MCU的串口发送端MCU-TXD的控制使三极管Q1截止，以 免三极管Q1导通，影响接收的过程。
权利要求
1、一种满足ISO9141标准的总线通讯转发器，其特征在于，包括总线整形滤波电路，用于滤除ISO9141总线上的干扰噪声及消除信号震荡，并实现ISO9141总线接收到微处理器串口接收的转换；总线保护电路，连接在所述总线整形滤波电路的输入端，用来提高所述总线通讯转发器电路对外接口在受到瞬时干扰时的抵抗力及防止外界过高电压对所述总线整形滤波电路的损坏；总线转换电路，连接在所述总线整形滤波电路的输入端，将微处理器的串口发射转换为ISO9141总线发射。
2、 根据权利要求1所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其 特征在于，所述总线保护电路由二极管D1、瞬态抑制管D2串接构成；二 极管Dl的正极与总线整形滤波电路的输入端连接，其节点通过电阻R6 与电源连接;瞬态抑制管D2 —端接地线，另一端与二极管Dl的负极连接。
3、 根据权利要求1所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其 特征在于，所述总线整形滤波电路包括一运算放大器U1A，电阻R1—端连接在运放U1A的输出端，作为所述总 线整形滤波电路输出端上拉电阻；电阻R2作为反馈电阻跨接在运放U1A 的输出端与正向输入端之间；电阻R3的一端连接在运放U1A的正向输入 端，其另一端与总线保护电路、总线转换电路连接；运放U1A的反向输 入端连接一比较电压V,电容C1连接在电源与地线之间，用于滤除运放U1A 输入输出的高频噪声，运放U1A的输出端与MCU的串口接收端MCU-RXD连接。
4、 根据权利要求3所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其特征 在于，所述比较电压V,由串接在汽车蓄电池VBATT与地线之间的电阻R4、 R5分压后产生。
5、 根据权利要求3所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其特征 在于，所述比较电压V^采用外接一参考电压的方式实现。
6、 根据权利要求3所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其特征 在于，所述上拉电阻Rl的另一端与微处理器的一个I/0口逢接，由微处理器 的I/0口控制上拉电阻R1是否有效，实现上拉功能。
7、 根据权利要求3所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其特征 在于，所述上拉电阻R1的另一端与微处理器的5V电源连接，实现上拉功能。
8、 根据权利要求1所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其特征 在于，所述总线转换电路包括一NPN型三极管Q1，电阻R8连接在三极管Q1 的基极与微处理器的串口发送端MCU-TXD之间，电阻R7连接在三极管Q1的发 射极与地线之间，三极管Q1的集电极通过二极管D1、电阻R6与电源连接， 其中，二极管D1的负极与三极管Q1的集电极连接，其节点连接IS09141总线 接口IS0914卜BUS。
9、 根据权利要求1或3所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器， 其特征在于，所述IS09141总线接收到微处理器串口接收的转换过程是， 当IS09141总线接口 IS09141-BUS为低电平V^时，所述总线整形滤波电 路输出低电平V。"当IS09141总线接口 IS09141-BUS为高电平V:H时，所 述总线整形滤波电路输出高电平V。H。
10、根据权利要求1或8所述的满足IS09141标准的总线通讯转发器，其特征在于，所述从MCU串口发射到IS09141总线发射的转换过程是当微处理器的串口发送端MCU-TXD为高电平时，三极管Q1饱和导通，从 而使得IS09141总线接口IS09141-BUS的电平为为低电平；当微处理器的串 口发送端MCU-TXD为低电平时，三极管Q1截止，IS09141总线接口 IS09141-BUS为高电平；准备串口发射时，先将发射的信息取反后再发射，使微处理器的串口 发送端MCU-TXD为高时，IS09141总线接口 IS09141-BUS也为高电平;微 处理器的串口发送端MCU-TXD为低电平时，IS09141总线接口 IS09141-BUS 也为低电平。
全文摘要
本发明公开了一种满足ISO9141标准的总线通讯转发器，包括总线整形滤波电路，用于滤除ISO9141总线上的干扰噪声及消除信号震荡，并实现ISO9141总线接收到微处理器串口接收的转换；总线保护电路，连接在所述总线整形滤波电路的输入端，用来提高所述总线通讯转发器电路对外接口在受到瞬时干扰时的抵抗力及防止外界过高电压对所述总线整形滤波电路的损坏；总线转换电路，连接在所述总线整形滤波电路的输入端，将微处理器的串口发射转换为ISO9141总线发射。本发明可以将串口通讯转换成双向单线通讯，即满足ISO9141标准的总线通讯。本发明的电路简单、可靠，所用器件通用易于采购，总体成本低。
文档编号H04L25/02GK101453434SQ20071009439
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月6日 优先权日2007年12月6日
发明者帅 吕, 孟永刚, 罗来军 申请人:联创汽车电子有限公司