USB總線就是一種新型,、快速,、雙向,、同步傳輸、并可以熱插拔的數(shù)據(jù)傳輸總線,，它滿足了人們對總線易用性,、擴展能力強和低成本的要求，因此,，USB在PC外設(shè)領(lǐng)域的傳輸速率從1.5Mbps的低速和12 Mbps的全速提高到如今的480 Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸,。目前，USB總線已經(jīng)逐漸成為計算機領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的外設(shè)總線連接規(guī)范,。
與此同時CAN(Controller Area Network)總線技術(shù)也日趨成熟,，其傳輸距離遠，傳輸速率高,，抗干擾能力強,，易于組網(wǎng)，而且節(jié)約成本,，已被公認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一,，并在國內(nèi)外控制領(lǐng)域獲得了普遍重視。目前,，德國現(xiàn)代汽車公司和歐洲其他幾個主要汽車公司的車內(nèi)控制系統(tǒng)全部采用CAN總線,，國內(nèi)的很多工業(yè)控制系統(tǒng)，(如車載控制系統(tǒng),、醫(yī)療控制系統(tǒng)和很多智能小區(qū)中的智能控制系統(tǒng))都采用了CAN總線技術(shù),。隨著更加完善的CAN2.0B協(xié)議的提出，國外已有專家提出預(yù)言,，CAN總線的應(yīng)用壽命至少還有二十年,。
雖然上述兩種總線的特點都比較突出，但二者在控制領(lǐng)域的應(yīng)用仍有其自身局限性,。USB的傳輸距離通常不超過幾十米,，經(jīng)常達不到工業(yè)應(yīng)用的要求；而CAN適配器與主機在傳統(tǒng)接口上的連接十分繁瑣和復(fù)雜,，不利于CAN的應(yīng)用擴展,。所以，本設(shè)計考慮將傳輸距離較遠的CAN總線技術(shù)與即插即用的USB接口技術(shù)相結(jié)合,，即利用USB接口方便的實現(xiàn)CAN總線和主機的連接,，從而有力的擴展了CAN總線的監(jiān)控和管理功能，擴大CAN總線的應(yīng)用范圍,。
1 接口模塊的總體設(shè)計
本文所介紹的USB-CAN轉(zhuǎn)接技術(shù)總體框圖如圖1所示,，該設(shè)計分兩大部分：一是與主機USB接口相連的USB控制部分；二是與CAN總線相連的CAN控制器部分,。兩者中間通過單片機聯(lián)系起來,。USB控制部分用USB接口控制芯片CH372來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,；CAN控制器SJA1000用來實現(xiàn)CAN總線間的數(shù)據(jù)通信。單片機用來進行相應(yīng)的控制,、協(xié)調(diào)以及系統(tǒng)的通信,。
2 AT89C52在系統(tǒng)中的功能
單片機AT89C52在系統(tǒng)中主要起到一個橋梁和協(xié)調(diào)控制的作用。主機通過CH372把數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機,，單片機再把數(shù)據(jù)通過SJA1000發(fā)送到CAN總線,，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通信。此外,，單片機還需要對CH372和SJA1000進行初始化,，并通過地址／數(shù)據(jù)以復(fù)用的方式訪問CH372和SJA1000。由于在訪問其中一個芯片時,，如果另一個芯片還保持有輸出,，那么單片機就不能讀到正確的數(shù)據(jù)，因此,，單片機要通過片選控制信號分配有效地址,。單片機主要通過主循環(huán)來監(jiān)控系統(tǒng)的通信，其主循環(huán)流程圖見圖2所示,。
3 USB控制部分
USB控制部分使用USB接口控制芯片CH372來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送,。CH372是一個USB總線的通用設(shè)備接口芯片，CH372在單片機端,，具有8位數(shù)據(jù)總線和讀,、寫、片選控制線以及中斷輸出,，因此可以方便地掛接到單片機／DSP／MCU等控制器的系統(tǒng)總線上,；在計算機系統(tǒng)中，CH372的配套軟件提供了簡潔易用的操作接口,，因此，與本地端的單片機通訊就如同讀寫文件一樣簡單,。
CH372在計算機端提供有應(yīng)用層接口,，應(yīng)用層接口是由CH372動態(tài)鏈接庫DLL提供的面向功能應(yīng)用的API，所有API在調(diào)用后都會有操作狀態(tài)返回,，但不一定有應(yīng)答數(shù)據(jù),。CH372動態(tài)鏈接庫提供的API包括：設(shè)備管理API、數(shù)據(jù)傳輸API,、中斷處理API等,。
在應(yīng)用層設(shè)計中，筆者采用的是請求加應(yīng)答的方式,。該方式使用一個下傳的主動請求和一個上傳的被動應(yīng)答進行交互式雙向數(shù)據(jù)通訊,，下傳與上傳一一對應(yīng),，相互關(guān)聯(lián)。主動請求是指由計算機應(yīng)用層下傳給單片機的數(shù)據(jù)請求,，被動應(yīng)答則是單片機收到數(shù)據(jù)請求后,，上傳給計算機應(yīng)用層的應(yīng)答數(shù)據(jù)。所有的通訊都由計算機應(yīng)用層發(fā)起,，然后以接收到單片機的應(yīng)答結(jié)束,，其完整的過程包括如下步驟：
(1) 計算機應(yīng)用層按事先約定的格式將數(shù)據(jù)請求發(fā)送給CH372芯片；
(2) CH372芯片以中斷方式通知單片機,；
(3) 單片機進入中斷服務(wù)程序,，以獲取CH372的中斷狀態(tài)并分析；
(4) 如果是上傳,，則釋放當(dāng)前USB緩沖區(qū),，然后退出中斷程序；
(5) 如果是下傳,，則從數(shù)據(jù)下傳緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)塊,；
(6) 分析接收到的數(shù)據(jù)塊，準(zhǔn)備應(yīng)答數(shù)據(jù),，或者先退出中斷程序再處理,；
(7) 單片機將應(yīng)答數(shù)據(jù)寫入批量端點的上傳緩沖區(qū)，然后退出中斷程序,；
(8) CH372芯片將應(yīng)答數(shù)據(jù)返回給計算機,；
(9) 計算機應(yīng)用層接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)。
在單片機端,，CH372芯片占用兩個地址位,，當(dāng)A0引腳為高電平時，系統(tǒng)選擇命令端口,，此時可以寫入命令,；當(dāng)A0引腳為低電平時，選擇數(shù)據(jù)端口,，此時可以讀寫數(shù)據(jù),。單片機通過8位并口對CH372芯片進行讀寫時，所有操作都是由一個命令碼,、若干個輸人數(shù)據(jù)和若干個輸出數(shù)據(jù)組成,。但部分命令不需要輸入數(shù)據(jù)，而部分命令也可以沒有輸出數(shù)據(jù),。
CH372芯片專門用于處理USB通訊,。在接收到數(shù)據(jù)或發(fā)送完數(shù)據(jù)后，CH372將以中斷方式通知單片機進行處理,。單片機通過CH372接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖如圖3所示,。
4 CAN控制器部分
CAN控制器SJA1000可以通過總線驅(qū)動器PCA82C250接收CAN總線上的信號,，并將其傳送到微控制器，同時接收微控制器傳來的信號,，然后通過驅(qū)動器再傳送到CAN總線,。
由于SJA1000與CH372的地址／數(shù)據(jù)總線共用，故應(yīng)通過片選加以區(qū)別,。操作時可將地址鎖存管腳ALE／AS與單片機的ALE／P相連接,，WR和RD管腳分別與單片機的WR、RD相連接,。MODE管腳拉高則選用INTEL模式,。應(yīng)用時應(yīng)將中斷管腳INT與AT89C52的INT1相連，并接外部中斷1,，同時應(yīng)接上拉10 kΩ電阻,。電源與地之間應(yīng)連接去耦電容。
SJA1000的TX0和RX0管腳分別與驅(qū)動器82C250的TX和RX相連接,，可用于向CAN總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù),。此時，需要將RX1管腳接到一個穩(wěn)定的電平上,，并將系統(tǒng)中的RX1接地,。
在CAN總線端，單片機控制著傳輸流程,。SJA1000的初始化由單片機完成,，其初始化流程圖見圖4所示，在正常工作模式下,，單片機可控制SJA1000的收發(fā)等操作,，以完成和CAN總線的通信。當(dāng)主機端傳來數(shù)據(jù)時,，單片機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū),，并由SJA1000根據(jù)CAN協(xié)議自動封裝后發(fā)送到CAN總線上；當(dāng)SJA1000接收到來自CAN總線上的一個有效的報文后,，系統(tǒng)將在INT引腳上產(chǎn)生一個硬件中斷信號(低有效),，當(dāng)單片機收到中斷信號后，即進人中斷服務(wù)程序,，以完成數(shù)據(jù)的接收和處理，其中斷服務(wù)流程見圖5所示,。
5 結(jié)束語
本文介紹的USB-CAN轉(zhuǎn)接系統(tǒng)可以實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo),。它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從而為CAN總線和PC機的連接提供了一個方便實用的USB接口,。