USB—CAN—RS232—RS485总线转换控制器设计

摘要：随着计算机技术的发展，串行总线的应用越来越广泛，为了使各种总线的数据能相互识别，总线转换器应运而生。本设计介绍了USB—CAN—RS232—RS485总线转换控制器的设计本设计主要是实现4种总线数据格式之间的转换，它能自动检测转换数据的格式，然后初始化相应的转换模块，再转换数据格式。在硬件方面，选择了性价比高的W77E532单片机，CAN总线控制器SJA1000，USB控制器CH375。在软件方面，采用了功能模块化，为以后的升级或者扩展做准备。

关键词：转换器 USB CAN RS232 RS485

1引言

USB作为一种新的PC机互连协议，使外设到计算机的连接更加高效、便利。而RS232是单个设备接入计算机时，常采用的一种接入方式，其硬件实现简单， 因此在传统的设备中有很多采用了这种通信方式。但是，RS232有一些缺陷，就出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一。

由于工业控制系统的可靠性和灵活性高要求，其发展的主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。现场总线能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。CAN总线就是优秀的现场总线之一。在许多场合，由于设备处理数据的形式不同，需要将不同的数据格式进行转换，所以各式各样的转换器出现了，但是市面上出现的很多转换器一般都只是两种数据格式之间的转换，在很多场合不能适应的，为此本文提供一种多种数据格式转换器的设计方法。

2硬件设计

本设计的主要工作是设计一个转换器，能使USB、CAN总线、RS232、RS485这四种总线的数据格式能相互转换。该转换控制器主要由单片机、USB控制器、CAN总线控制器、RS232/485电平转换芯片等几部分组成，现在常用的单片机内部的数据存储器都是很小的，这个转换器在工作的过程中，有大量的数据需要暂时存放，所以需要加一个数据存储器。在转换的过程中，为了使当前正在转换的数据格式能让用户清楚地知道，所以需要设计状态指示电路。整个系统的硬件结构图如图1所示。图1 系统硬件结构图

2.1 USB控制芯片电路设计

在本次设计中，USB接口的操作过程采用中断方式工作。CH375的数据/地址复用总线与W77E532的P0口相连，读写信号线与单片机的读写信号线相连，单片机的P2.7与CH375的片选信号线相连，CH375的中断请求信号与单片机的外部中断0（INT0）相连。图2为CH375与W77E532的连接图。

图2 CH375与单片机的连接电路图

2.2 CAN总线控制芯片的选择及其电路设计

CAN总线由于其高性能、高可靠性及独立的设计，而被广泛用于工业现场控制系统中。在这个转换控制器设计中，选用SJA1000作为CAN控制器。

图3 CAN总线接口原理图2.3 RS232电平转换芯片和RS485芯片电路设计

图4为MAX232和MAX1487与W77E532连接的RS232、RS485总线原理图，W77E532有两个UART口，一个接RS232总线，另一个接RS485总线。

图4 RS232 RS485与单片机连接图

3 软件设计总体方案

软件总体分为3个部分，即初始化程序、主程序、中断程序。下面分别叙述：①初始化程序是整个程序正常运行的前提和保证。上电复位后，首先将单片机初始化，然后检测是哪些数据转换，当单片机检测到转换的数据格式后，初始化相应的转换模块。②当初始化完成，系统运行的就是主程序。主程序是把从模块中得到的数据转换成相应的数据格式。③USB数据、CAN总线数据向单片机传送数据时，采用中断传送方式，这就需要处理相应的中断。主程序流程如图5所示

图5 主程序流程图

4结论

本设计研制的总线转换器运行稳定，控制效果较好，基本达到了实际应用水平。存在的不足是，RS232、RS485总线还不能自动检测，这样就使得在使用的过程中，RS232、RS485模块总是处于工作状态。本设计只是涉及到众多的串行总线中的4种总线，如果想要使用更多的总线，比如LIN、IIC等等，可以在这个转换器上加入相应的模块，这样就可以使得更多的串行总线之间进行转换，提高转换器的通用性。