基于DSP的CAN總線轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

rs232是pc機(jī)與通信應(yīng)用中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口；rs485半雙工異步通信總線是在分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)中廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線；而can總線是一種可用于遠(yuǎn)程通信控制的、雙向、多主方式的串行現(xiàn)場(chǎng)總線，特別適合于工業(yè)設(shè)備測(cè)控單元的互聯(lián)。針對(duì)上述幾種比較通用的串行總線，實(shí)現(xiàn)總線之間協(xié)議轉(zhuǎn)換的適配器很多，如rs232與rs485之間、rs232與can之間、rs485與can之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換器等。本文設(shè)計(jì)了一種可用于can總線、rs232、rs485等三種總線之間的轉(zhuǎn)換器，為多種異型總線之間的互聯(lián)提供了一種有效的解決方案。

總線轉(zhuǎn)換器的功能

如圖1所示的總線轉(zhuǎn)換器的功能框圖，總線轉(zhuǎn)換器包括了三種通信網(wǎng)絡(luò)接口，分別為rs232、rs485和can總線接口，能夠完成以下幾種功能：

（2）rs232與can之間的通信轉(zhuǎn)換：帶有rs232接口的pc操作站、智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以通過該總線轉(zhuǎn)換器的can接口接入到由其構(gòu)成的can網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)rs232站點(diǎn)與can總線網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信。

（3）rs485與can之間的通信轉(zhuǎn)換：通過該總線轉(zhuǎn)換器，rs485網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)與can網(wǎng)絡(luò)之間的連接，完成網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)通信。

總線轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)

總 線轉(zhuǎn)換器的硬件原理圖如圖2所示。它主要由tms320lf2407a（cpu）及can總線接口、rs485接口、rs232接口和電源等幾個(gè)部分組成。

tms320lf2407a的串行通信接口（sci）模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通用異步接收/發(fā)送（uart）可編程串行通信接口。通過sci接口，我們采用了max3485實(shí)現(xiàn)ttl與rs485電平之間的轉(zhuǎn)換。max3485工作于半雙工方式下，將tms320lf2407a的iopf6引腳同時(shí)控制max3485的de和/re引腳，可實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收兩種控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

由 于tms320lf2407a只帶有一個(gè)sci接口，所以需擴(kuò)展一個(gè)uart接口來實(shí)現(xiàn)rs232接口功能。由于總線轉(zhuǎn)換器的通信實(shí)時(shí)性要求較高，我們采用了擴(kuò)展異步通信芯片的方法來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展uart接口。異 步通信芯片tl16c550c可實(shí)現(xiàn)如下功能：在接收到外部器件或modem的數(shù)據(jù)時(shí)，完成串行到并行的轉(zhuǎn)換；在接收到cpu的數(shù)據(jù)時(shí)，完成并行到串行的變換，并進(jìn)行串行發(fā)送。所以在tl16c550c的輸出口外接一個(gè)rs232電平轉(zhuǎn)換芯片max3232，即可實(shí)現(xiàn)rs232接口的擴(kuò)展。當(dāng)其xin、xout端外接1.8342mhz晶振時(shí) ，將波特率因子寄存器設(shè)置為03h，dsp即可實(shí)現(xiàn)以38400bps的波特率與 rs232設(shè)備通信。同時(shí)將tl16c550c的/rxrdy和/txrdy接入dsp的兩個(gè)外 部中斷，使rs232通信工作于中斷方式，這樣可有效保證通信的實(shí)時(shí)性。

總線轉(zhuǎn)換器軟件設(shè)計(jì)

總線轉(zhuǎn)換器主要實(shí)現(xiàn)rs232、rs485和can總線之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳送。rs232和rs485只定義了物理層協(xié)議；而can的協(xié)議規(guī)范定義了其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。因此本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)是要定義和實(shí)現(xiàn)rs232、rs485和can總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

通信協(xié)議

（1）can通信協(xié)議：由于can總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)每幀最多8個(gè)字節(jié)，所以當(dāng)can通信時(shí)傳輸數(shù)據(jù)大于8時(shí)，必須將數(shù)據(jù)打包傳送。其命令幀和應(yīng)答幀傳輸格式定義分別如圖3（a）和（b）所示。

rs232與rs485的命令幀和應(yīng)答幀的數(shù)據(jù)格式分別如圖4（a）和（b）所示。

在上述協(xié)議格式中，源地址和目的地址定義相同，采用2個(gè)字節(jié)來實(shí)現(xiàn)地址劃分，其定義如下：字節(jié)1用來區(qū)分can網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備號(hào)，而字節(jié)2代表總線轉(zhuǎn)換器下的rs485網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備地址（其中0ffh除外，若字節(jié)2為0ffh，則代表該總線轉(zhuǎn)換器下的rs232設(shè)備）。
在協(xié)議格式中，命令包含兩種：01h代表發(fā)送數(shù)據(jù)至其他設(shè)備，02h代表請(qǐng)求其他設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。應(yīng)答狀態(tài)包含兩種：15h代表命令執(zhí)行成功，19h代表命令執(zhí)行失敗。

通信軟件流程設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，按照系統(tǒng)功能可劃分為：初始化部分、rs485接口對(duì)應(yīng)的輪詢程序和485設(shè)備請(qǐng)求發(fā)送子程序、rs232接口對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序、can接口對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序、rs232、rs485和can接口分別對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)打包和處理程序以及故障處理程序等。下面就幾個(gè)關(guān)鍵部分加以敘述。

（1）總線轉(zhuǎn)換器的初始化部分

總線轉(zhuǎn)換器的初始化主要包括rs232、rs485和can接口及發(fā)送、接收緩沖區(qū)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

對(duì) 于rs232接口，dsp需將兩個(gè)外部中斷xint1、xint2的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)模式；并設(shè)置tl16c550c的波特率因子寄存器。

對(duì)于rs485接口，將sci模塊設(shè)置為多處理器通訊模式；設(shè)置串行接口通信寄存器sciccr為地址位通訊數(shù)據(jù)格式，設(shè)置串行通信接口控制寄存器為禁止sci口發(fā)送和接收中斷，以及設(shè)置串行通信接口波特率選擇寄存器等。

對(duì)于can接口，主要包括配置位定時(shí)器從而設(shè)置通訊波特率和郵箱的初始化，其中將郵箱4設(shè)置為發(fā)送郵箱，郵箱1設(shè)置為接收郵箱。can郵箱中斷設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)模式。這樣總線轉(zhuǎn)換器在輪詢485從設(shè)備時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)來自rs232接口的控制命令，其次是響應(yīng)來自can接口的控制命令。

（2）rs485接口對(duì)應(yīng)的輪詢程序和rs485設(shè)備請(qǐng)求發(fā)送子程序

如圖5所示，我們將總線轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為rs485網(wǎng)絡(luò)上的主設(shè)備，而掛在該接口上的其他rs485設(shè)備均為從設(shè)備。這樣485網(wǎng)絡(luò)上的通訊任務(wù)均由總線轉(zhuǎn)換器發(fā)起，通過總線轉(zhuǎn)換器不斷輪詢485網(wǎng)絡(luò)上的從設(shè)備，從而獲得從設(shè)備的狀態(tài)或信息。若從設(shè)備工作正常且不主動(dòng)請(qǐng)求發(fā)送信息，則該從設(shè)備返回一個(gè)運(yùn)行正常信息給總線轉(zhuǎn)換器。這時(shí)總線轉(zhuǎn)換器可以修改輪詢?cè)O(shè)備號(hào)，實(shí)現(xiàn)下一個(gè)從設(shè)備的輪詢。若從設(shè)備需要主動(dòng)請(qǐng)求發(fā)送信息，則總線轉(zhuǎn)換器調(diào)用485設(shè)備請(qǐng)求發(fā)送子程序。對(duì)于rs485設(shè)備請(qǐng)求發(fā)送子程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要進(jìn)行目的地址的判斷。若目的地址不是位于本總線轉(zhuǎn)換器內(nèi)部 ，則需將數(shù)據(jù)打包處理后通過can接口發(fā)送出去；若目的地址位于本總線轉(zhuǎn)換器內(nèi)，則將數(shù)據(jù)打包處理后通過485接口或232接口發(fā)送出去。限于篇幅，不再詳述。

rs232接口通?？梢酝饨觩c操作站、智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等，因此將來自rs232接口的控制命令產(chǎn)生的中斷設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)。rs232接口對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)子程序如圖6所示，當(dāng)有來自pc操作站、智能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的rs232接口的控制命令時(shí)，總線轉(zhuǎn)換器將停止輪詢r(jià)s485從設(shè)備，并產(chǎn)生接收中斷，響應(yīng)該命令?？偩€轉(zhuǎn)換器首先判斷目的地址，若目的地址不在本總線轉(zhuǎn)換器內(nèi)部，則總線轉(zhuǎn)換器將命令地址打包處理后發(fā)送至can接口；然后根據(jù)命令字將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至can接口或等待來自can接口的數(shù)據(jù)。若目的地址位于本總線轉(zhuǎn)換器內(nèi)，則總線轉(zhuǎn)換器將命令地址發(fā)送至rs485接口；然后根據(jù)命令字將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至rs485接口或等待來自rs485接口的數(shù)據(jù)。最后總線轉(zhuǎn)換器將應(yīng)答或數(shù)據(jù)信息送至rs232接口。

（4）can接口對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)子程序

can接口對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)子程序與rs232接口對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)子程序基本類似，限于篇幅，不再詳述。