专利名称：一种通用串口到can总线接口的转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种接口转换器，具体为一种通用串口到CAN总线接口 的转换器。
技术背景控制器局域网CAN( Controller Area Network )是一种有效支持分布式控制 或实时控制的串行通讯网络，主要应用在汽车监控、开关量控制，制造业等领 域内的数据通信。CAN总线是现场总线的主流品种之一，具有可靠性高、实时 性强、稳定性好、抗干扰能力强、开发成本低等特点，在工业控制领域得到了 普遍应用，并被认为是最有前途的现场总线之一。CAN总线主要有以下特点(1) CAN总线为多主方式工作，介质访问采用非破坏性位仲裁方式，能够 有效避免总线冲突；支持点 点、点 多点和全局广播方式接收、发送数据， 多节点同时发送信息时，具有优先级选择。(2) 信号传输采用短帧结构，占用总线时间短；数据采用循环冗余码CRC 校验，出错率低，具有较强的抗干扰能力。(3) 采用数据块编码，数据块标识码可由11位或29位二进制数组成，最多 可定义211或229个数据块，可使不同节点同时接收相同数据。(4) 信号传输介质为双绞线，通信速度高；通信距离40m时，波特率可 达1Mbps;通信距离达到10km时，仍可达5kbps，可挂接设备最多可达110个。(5) 具有节点自关闭功能节点在错误严重时自动关闭输出功能，从而避免 总线节点的相互扰动CAN总线与传统的标准串行总线RS-232和RS-485相比，除了在硬件成本、 开发难度上，RS-232和RS-485稍具优势外，其他性能方面都没有可比性。但 是在产品更新速度特别快的今天，如果将产品的上市时间、产品的后期维护、 软件开发难度等计算在一起，RS-232和RS-485的硬件成本优势也变得不十分 明显。因而CAN-bus取代RS-232和RS-485总线有着相对明显的优越性，那么 从RS-232/485总线到CAN-bus的过渡产品(即通用串口到CAN-bus接口的转 换产品)就成为其中重要的桥梁。 实用新型内容针对上述背景技术，结合CAN总线以及通用串口 RS485和RS232的特点， 本实用新型旨在提供一种通用串口到CAN总线接口的转换器，实现通用串口 与CAN总线接口通讯的目的，作为RS-232/485总线到CAN总线的过渡装置。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是， 一种通用串口到CAN 总线接口的转换器，包括接入物理总线的通用串口的接口电路、CAN总线接口 的接口电路和内置CAN控制器的CPU主控模块，所述CAN总线接口通过CAN 光电隔离器与CPU主控模块连接，通用串口的接口电路通过串口光电隔离器与 CPU主控模块连接；CAN总线接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC 模块；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。上述CPU主控模块采用了内置CAN控制器的微处理器P87C591， CAN 总线接口的接口电路包括型号为PCA82C250的驱动器，所述光电耦合器采用 6N137;所述通用串口的接口电路包括RS232收发器MAX232和RS-481收发 器MAX481，所述复位电路采用的是MAX813L;外扩数据寄存器采用的是 E2PROM-AT24C02。本实用新型的工作原理是所述通用串口到CAN总线接口的转换器，包括面向通用串口及CAN接口的接口电路，提供控制器与物理总线之间的接口；内置CAN控制器的CPU主控模块负责监控任务。所述CAN接口、通用串口 的接口电路与CPU主控模块之间连接的用来信号隔离的CAN光电隔离器和串 口光电隔离器能够有效的增加系统的可靠性和抗干扰能力；CAN接口和通用串 口的接口电路上均连接有DC/DC模块作为系统电源和接口电路中收发器的电 源隔离，用于提高节点的稳定性和安全性；且外扩数据寄存器和复位电路接入 CPU主控模块。微处理器P87C591通过内置的CAN控制器实现数据的接收和发送通信任 务。在该系统中为了实现串口通道的切换，可设置跳线槽用于手动选择，通过 给CPU输入不同的信号值，从而判断外部接口是RS-232还是RS-485，继而选 通相应的数据通道；微处理器的信号输出端接入CAN接收器输入端和输出端， 通过光电耦合器6N137接到CAN接口收发器的RXDC和TXDC。这样在提高 CAN总线节点抗干扰能力的同时很好的实现了CAN节点间的电气隔离。RS-485总线的接口电路提供收发器MAX481， RS232总线端连接的接口 电路提供收发器MAX232;且上述接口电路均采用了电源隔离。E2PROM-AT24C02作为外扩数据寄存器，保护设定的系统参数值，使其在 上电复位时，CPU可以读取而不至于需要重新设定。MAX813L芯片组成的复 位电路则能保证系统运行的稳定性，在上电、掉电以及警戒情况下复位输出。 本实用新型在工业设备上，若电路板之间距离足够接近，CAN通信速率 至少可达到19.2Kbit/s;在总线上，232/485通信速率可达9600 bit/s;与PC 机相连，通信速率可达115.2Kbit/s。综上所述，本实用新型提供的通用串口到CAN总线接口的转换器对于实 现CAN接口设备和串口设备之间的互连通讯以及提高串口通讯速率，将起到重要的作用，在工业控制网络中具有较强的应用价值。
图1是本实用新型的整体结构框图；图2是实施例中整体电路原理图；图3是实施例中P87C591接口电路连接图；图4是实施例中82C250接口电路连接图；图5是实施例中RS-232接口电路连接图；图6是实施例中RS-485接口电路连接图；图7是实施例中复位电路连接图；图8是实施例中光电隔离器电路连接图。在附图1中1-通用串口的接口电路 2-CAN总线接口的接口电路 3-CPU主控模块 4-CAN光电隔离器5-串口光电隔离器 6-DC/DC模块7-外扩数据寄存器 8-复位电路具体实施方式
本实施例中提供的所述通用串口到CAN总线接口的转换器，其具体实施 方案如下参照附图1,本实用新型除了内置CAN控制器的CPU主控模块3，主要还包 括了面向通用串口及CAN接口的接口电路1、 2，其包括收发器和驱动器，从而提 供控制器与物理总线之间的接口；电源隔离的DC/DC模块6;信号隔离的CAN光 电隔离器4和串口光电隔离器5;外扩数据寄存器E2PROM 7和看门狗复位电路8。 参照附图2，实施例中的CPU主控模块3采用了内置CAN控制器的微处理器P87C591、 CAN总线驱动器采用PCA82C250、 CAN光电隔离器4和串口 光电隔离器5采用6N137、 RS-232总线收发器采用Maxim公司MAX232 、 RS-485总线收发器采用MAX481，以及看门狗复位电路8采用MAX813L、外 扩数据寄存器7采用E2PROM-AT24C02。微处理器P87C591通过内置的CAN控制器实现数据的接收和发送等通信 任务。P1.6接至[J AT24C02的SCL，作为I2C串行时钟线；P1.7接到AT24C02 的SDA，作为12 C串行数据线；P3.6接到MAX813L的WDI,作为复位电路 8输入信号;P2.0作为跳线检测信号,从而判断外部接口是RS-232还是RS-485， 继而选通相应的数据通道，通过软件编程控制实现；P2.2接到AT24C02的WP， 做数据保护；P1.0和Pl.l分别作为CAN接收器输入端和输出端，通过光电耦 合器6N137接到PCA82C250的RXDC和TXDC。这样在提高CAN总线节点 抗干扰能力的同时很好的实现了CAN节点间的电气隔离。同时，光耦部分电 路采用的电源使用了 DC/DC模块6，提高了节点的稳定性和安全性。CAN总线接口的接口电路2采用的PCA82C250使用了安全和抗干扰措 施。CANL和CANH引脚通过一个125欧姆的电阻接到了一起，电阻可起到一 定的限流作用，保护PCA82C250免受过流的冲击，CANL和CANH与地之间 并联了两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频千扰和一定的防电磁 辐射的能力。另外，在两根CAN总线输入端与地之间分别接了一个防雷击管， 当两输入端与地之间出现瞬变干扰时，通过防雷击管的放电可起到一定的保护 作用。瞬变干扰是电磁兼容领域中主要的一种干扰方式，特别是雷击浪涌波， 由于持续时间短、脉冲幅值高，能量大，给电子电气设备的正常运行带来了极 大的威胁。PCA82C250的Rs脚上有一个斜率电阻，电阻大小可根据总线通信 速度适当调整， 一般在16 140K之间。通用串口即RS-232、 RS-485总线的接口电路1设计均采用工程设计中的 经典电路，都采用了电源隔离。E2PROM-AT24C02作为外扩数据寄存器7，保 护系统参数值，使其在上电复位时，CPU可以读取而不至于需要重新设定。 MAX813L芯片组成的复位电路可用于在系统上电、掉电、以及警戒情况下复 位输出。参照附图3，本实施例采用Philips公司生产的P87C591作为主控芯片， P87C591在与MCS-51完全兼容的基础上增加了 CAN控制器。它的CAN功能 是在SJA1000的基础上有所增强。它采用了强大的80C51指令集并成功地包括 了 Philips半导体公司CAN控制器(SJA1000)的PeliCAN功能。全静态内核 提供了扩展的节电方式、振荡器可停止和恢复而不会丢失数据。改进的1:1内 部时分频器在12MHz外部时钟速率时实现500ns指令周期。参照附图4的CAN总线接口的接口电路2，为总线驱动器82C250接口电 路，其提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，对CAN总线提供差动发送 能力，对CAN控制器提供差动接收能力。参照附图5的RS-232收发器MAX232接口电路，MAX232是一个双驱动 器和接收器的装置，它所包含的电容电压产生器可提供单一 5V电源到EIA-232 电平的转换。每个接收器转换EIA-232电平输入到5VTTL/CMOS电平。接收 器的门限电压均是典型值1.3V，并伴随有0.5V的迟滞，可接受士30V输入。每 个驱动器转换TTL/CMOS电平到EIA-:232电平。参照附图6， RS-485收发器MAX481接口电路，MAX化1是面向RS485 和RS422通信的低功率收发器。每个元件包括一个驱动器和一个接收器。 MAX481的驱动器震荡速率没有限制，允许达到2.5Mbps。当空载或者满载驱 动器无法驱动时，收发器可在120uA到500uA的提供电流下驱动。另外，MAX481还有低电流关闭模式，仅通过O.luA的电流。所有部件在单一5V电 源作用下可运行。驱动器被短路电流限制并且在过度功率损耗的情况下，由热 关闭电路使驱动器输出进入高阻态，从而得到保护。接收器输入有自动防故障 的特性，保证在输入是开路的情况下逻辑高电平输出。参照附图7，复位电路8采用了MAX813L芯片。MAX813L微处理器监控电路降低了HP系统中用来监控电力供应和电池功能的元件的复杂性和数量。这 些元器件显著地改善了系统可靠性和相比于分离IC或离散器件的精确度。参照附图8，信号隔离是通过光电隔离器来实现的。光电隔离器6N137就 是实现CAN总线节点的电气隔离作用的器件，它对于提高节点的稳定性和安 全性起到了很好的作用。
权利要求1. 一种通用串口到CAN总线接口的转换器，其特征在于，其包括接入物理总线的通用串口的接口电路、CAN总线接口的接口电路和内置CAN控制器的CPU主控模块，所述CAN总线接口通过CAN光电隔离器与CPU主控模块连接，通用串口的接口电路通过串口光电隔离器与CPU主控模块连接；CAN总线接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC模块；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。
2、根据权利要求1所述通用串口到CAN总线接口的转换器，其特征在于， 所述CPU主控模块采用了内置CAN控制器的微处理器P87C591， CAN总线 接口的接口电路包括型号为PCA82C250的驱动器，所述CAN光电隔离器和串 口光电隔离器采用6N137;所述通用串口的接口电路包括RS232收发器 MAX232和RS-485收发器MAX481，所述复位电路采用的是MAX813L;外扩 数据寄存器采用的是E2PROM-AT24C02。
专利摘要本实用新型提供一种通用串口到CAN总线接口的转换器，包括接入物理总线的通用串口的接口电路、CAN总线接口的接口电路和内置CAN控制器的CPU主控模块，所述CAN总线接口通过CAN光电隔离器与CPU主控模块连接，通用串口的接口电路通过串口光电隔离器与CPU主控模块连接；CAN总线接口和通用串口的接口电路上均连接有DC/DC模块；且外扩数据寄存器和复位电路接入CPU主控模块。本实用新型提供的通用串口到CAN总线接口的转换器对于实现CAN接口设备和串口设备之间的互连通讯以及提高串口通讯速率，将起到重要的作用，在工业控制网络中具有较强的应用价值。
文档编号H04L12/40GK201114143SQ20072006383
公开日2008年9月10日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者全惠敏, 周海兵, 戴瑜兴, 杨金辉, 熊君放, 罗轶峰, 陈火炎, 黄文清 申请人:湖南省建筑工程集团总公司