基于ARM7处理器LPC2119的USB-CAN转换器设计

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       引言

  控制器局域网(controller area network,CAN)是20世纪80年代德国BOSCH公司为现代汽车应用而推出的一种多主机局部网,由于CAN总线具有可靠性高、功能完善、成本合理、实时性等优点,CAN总线早已不再局限于汽车行业,而被广泛应用于各个自动化控制系统中,例如汽车电子、工业控制、智能大厦、安防监控、环境控制等。目前CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一。通用串行总线(universalserial bus,USB)作为一种协议规范,是以Intel为首的7家计算机及通信产业厂商公司于1994年11月共同提出,其除具有使用方便(即插即用)、功耗低、数据传输率高等优点外,还具有软硬件支持广泛、功耗低、硬件结构标准化和总线拓扑结构完备等特点。目前在以计算机为上位机的应用领域,都首选USB口作为计算机与外设的接口。

  为了更好的将USB的通用性和CAN的专业性结合起来,通过计算机的USB接口接入CAN专业网络,实现系统控制的便利性和应用的高效性,本文讲述了一种基于ARM7处理器实现USB接口与CAN总线的实例,通过其可以在PC实现对CAN总线上设备的监控。

  1 硬件系统设计

  1.1 处理器简介及其外围电路设计

  主控制器选用NXP公司的ARM7核处理器LPC2119。LPC2119是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU,并带有128 KB嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16位Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能的损失却很小。实行流水线作业,提供Embedded ICE逻辑,支持片上断点和调试点,具有先进的软件开发和调试环境。LPC2119具有非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位 ADC、2路CAN、PWM通道、多个串行接口,包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口(400 kHz)和2个SPI接口,46个GPIO以及多达9个外部中断,特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。

  LPC2119内部集成2个CAN控制器,每一个CAN控制器都与独立CAN控制器SJA1000有着相似的寄存器结构。它的主要特性有:单个总线上的数据传输速率高达1 Mb/s;32位寄存器和RAM访问;兼容CAN2.0B,ISO11898-1规范;全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位标识符;验收滤波器为选择的标准标识符提供Full CAN-style自动接收。图1所示为LPC2119外围电路,为保证可靠复位,采用外部复位电路STM809。

 

  1.2 USB接口电路设计

  USB接口采用沁恒电子的CH375。CH375是一个USB总线的通用接口芯片,支持USB-HOST主机方式和USB- DEVICE/SLAVE设备方式。在本地端,CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出,可以方便地挂接到单片机/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。CH375提供了串行通信方式,通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/DSP/MCU/MPU等相连接。图2所示为CH375的接口电路。

  

  1.3 CAN总线接口电路设计

  CAN总线收发器采用82C250,并选用6N137作隔离,LPC2119的TD和RD引脚不是直接与82C250的TX、RX引脚相连,而是通过高速光耦6N137与82C250相连,这样可增强CAN总线节点的抗干扰能力,从而实现总线各节点间电气隔离。高速光耦6N137用于保护 LPC2119内部CAN总线控制器,该光耦两侧采用5 V的DC-DC电源,可使器件的VCC与VCC1完全隔离,提高系统的抗干扰能力以及节点的稳定性和安全性。图3所示为LPC2 119与CAN驱动器82C250的连接电路。DC-DC电源模块采用B0505LS-2W,电路在图4中所示。

  

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