基于ARM7处理器实现USB接口与CAN总线

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。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，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。

1.4 系统电源设计

整个电路的电源由USB供电，由于LPC2119的IO电路电源要求为3.3 V，内核电路电源要求为1.8 V，在本应用中采用两片低压差线性温压器(LDO)1117为系统供电，如图4所示。

1.5 系统PCB设计

整个系统的PCB采用双面板方式设计，大小为100×120，布局及外形如图5所示。

2 固件设计

本系统软件设计时采用μVision3 IDE，μVision3IDE是一个窗口化的软件开发平台，它集成了功能强大的编辑器、工程管理器以及各种编译工具(包括C编译器、宏汇编器、链接/装载器和16进制文件转换器)，通过ULINK仿真调试。程序框架采用传统的前后台方式。CAN控制器驱动程序包括4部分内容：CAN控制器的初始化、报文的接收、报文的发送和总线异常处理。由于LPC2119没有开发内部读写总线，本设计在对CH375操作时使用通用I/O模拟并口读写时序，其端口定义方式如下：

程序在使用通用I/O模拟并口读写时序对CH375的基本操作包括CPU端口初始化、向CH375写命令、向CH375写数据、从CH375读数据，其实现过程包含：初始化void CH375_PORT_INIT();向CH375写命令void xWriteCH375Cmd(uint8 mCmd);向CH375写数据void xWrite CH375 Data(uint8 mData);从CH375读数据uint8 xReADCH375Data(void)等4个基本函数。

3 结语

本系统设计采用内置CAN控制器的LPC2119作为主控制器，CH375作为USB接口芯片，实现USBCAN转换器，论述了 LPC2119的外围电路、CAN总线驱动电路以及LPC2119与CH375之间的接口连接，并在软件给出LPC2119使用通用I/O模拟并口读写时序的方法，对LPC2119，CH375及CAN总线的实际应用具有一定的参考价值。

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