基于P87C591的CAN-RS232协议转换器的总体方案设计.doc

基于P87C591的CAN-RS232协议转换器的总体方案设计 1概述 控制局域网络(Control Area Network, CAN), 为多主机方式的串行通信总线，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。这是个多主机网络协议。它的基础是无破坏性仲裁机制，这使得总线能以最高优先权访问报文而没有任何延迟。CAN总线被认为是最有发展前景的现场总线之一。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1 Mb/s,直接传输距离最远可达10 km(5 Kb/s)，可挂接设备数量最多可达110个。RS-232C标准适合于数据传输速率在020 Kb/s范围内的通信。目前的PC机都带有RS232C接口，故把CAN网络连入PC机，最有效也是最直接的方法就是有一个CAN与RS232相互转换的协议转换器。2硬件总体设计硬件设计包括电平转换和带CAN控制器的微处理器以及CAN总线收发器，为了提高系统的抗干扰能力，在CAN控制器和CAN收发器之间增加了光电隔离电路，原理框图如图1所示。将串口的数据先传送到单片机，再由单片机转发给CAN总线；同样，CAN总线的数据也可以先发到单片机上，然后再通过单片机转发给串口。PC机串口RS232CAN总线LED指示灯 带CAN控制器的为控器O87C591电平转换CAN收发器82C250光电隔离图1 设计总体框图2.1 电平转换RS-232-C是美国电子工业协会（Electrical Industrial Association,EIA）与1973年提出的串行通通信接口标准，主要用于模拟信道传输数字信号的场合。RS-232的机械接口一般有9针、15针 和25针3种类型。RS232接口使用负逻辑，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平为5 V15 V，用“0”表示；负电平为-15 V-5 V，用“1”表示。根据RS232的电气特性可知，RS2332的接口电平与TTL电平（TTL电平的逻辑“1”是2.4V,逻辑“0”是0.4V）不兼容，所以要外加电路实现电平转换。此处选用的电平转换芯片是MAX232。PC机的信号通过串口(COM)到达DB9座子与该智能节点相连，通过双向电平转换芯片MAX232，把RS232信号电平转化为单片机可以处理的电平。通过微控制器的串口连入该智能节点。RS232总线数据的接收和发送由微处理器完成，并且微处理器负责实现协议控制与数据转换。2.2 P87C591微控器P87C591是一个单片8位高性能微控制器，具有片内CAN控制器，从80C51微控制器家族派生而来。P87C591是整个系统的核心部分，负责整个网管的监控任务。作为系统控制核心，P87C591担负两个主要任务。其一, 它采用了强大的80C51指令集与串口进行通信；其二，是利用P87C591的片内CAN控制器实现与CAN总线的连接。CPU通过5个特殊功能寄存器CANADR, CANDAT, CANMOD, CANSTA和CANCON对PeliCAN模块进行访问，根据访问方向的不同，CANCON和CANSTA具有不同的寄存器结构。主要有两种不同的方式访问，支持软件轮询或控制主要CAN功能的最重要的寄存器。可以像访问单独的特殊功能寄存器一样直接访问CAN模块的其他部分，通过一个间接的指针机制来实现。为了达到最高的数据吞吐量，在使用间接寻址时包含了地址自动增加的特性。集成CAN控制器的微控制器P87C591的专用CAN端口TXDC和RXDC通过接收来自CAN收发器的发送与接收信号来监测CAN总线上的信息。为了提高系统的抗干扰能力，在微处理器和CAN收发器之间增加了电气隔离电路。2.3 82C250收发器PCA82C250发器是协议控制器和物理传输线路之间的接口，可以用高达1 Mb/s的速率。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力P87C591的TXDC和RXDC并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连，这样就很好地实现了总线上各CAN节点的电气隔离。光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连，与地之间并联了两个30皮法的小电容。 网关硬件除了以上主要部分以外，还有LED指示和电源等部分。网关中设计的LED，可用于网关的上电指示，总线收发状态及故障情况指示。尽量做到从网关面板上的LED灯的指示就可以基本了解网关的整个运行情况指示。 3 软件设计在软件设计中，总线数据的接收均采用中断方式而在主监控程序中实现数据的发送，内存采用FIFO机制管理。系统软件程序设计包括：主程序、CAN节点初始化子程序、RS232报文发送子程序、RS232报文接收子程序、CAN报文接收子程序以及CAN报文发送子程序。其主程序流程图如图2所示。开始初始化N接收CAN子网缓冲区有报文？Y向RS-232子网转发报文，并调整缓冲区参数N接收RS-232子网缓冲区有报文？Y向CAN子网转发报文，并调整缓冲区参数N请求状态标志位1？Y向上位机发送状态信息图2 主程序流程图主程序根据接收缓冲区中是否有报文，决定是否发送以及发送给谁。若接收CAN子网数据缓冲区中是否有报文，则向RS-232子网转发；若接收RS-232子网数据缓冲区有报文，则向CAN子网转发。 由于CAN报文和自定义的RS-232报文的帧格式不同，在转发报文时，要进行帧格式的转换。在报文发送后，要对相应的FIFO缓冲区进行参数调整。另外在主程序中，如上位机对网关有状态请求或网关本身有故障，网关可向上位机返回本机状态。该项功能便于系统的故障定位