中心議題：

• USB-CAN接口模塊的總體設計
• 接口模塊的硬件設計方案

解決方案：

• 與主機USB接口相連的USB控製部分設計
• 與CAN總線相連的CAN控製器部分設計

USB(UniversalSerialBus)是shi一yi種zhong通tong用yong串chuan行xing總zong線xian。隨sui著zhe計ji算suan機ji技ji術shu的de發fa展zhan和he廣guang泛fan應ying用yong，人ren們men對dui串chuan行xing總zong線xian提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。因yin此ci，開kai發fa一yi種zhong兼jian容rong低di速su和he高gao速su的de技ji術shu，從cong而er為wei廣guang大da用yong戶hu提ti供gong一yi種zhong可ke共gong享xiang
、可擴充、使用方便的串行總線已成為眾多廠商的共同目標。
　　
USB總線就是一種新型、快速
、雙向、同步傳輸、並可以熱插拔的數據傳輸總線，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外設領域的傳輸速率從1.5Mbps的低速和12Mbps的全速提高到如今的480Mbps的高速數據傳輸。目前
，USB總線已經逐漸成為計算機領域中應用最廣泛的外設總線連接規範。
　　
與此同時CAN(ControllerAreaNetwork)zongxianjishuyeriquchengshu，qichuanshujuliyuan
，chuanshusulvgao
，kangganraonengliqiang

，yiyuzuwang，erqiejieyuechengben

，yibeigongrenweishizuiyouqiantudexianchangzongxianzhiyi
，bingzaiguoneiwaikongzhilingyuhuodelepubianzhongshi。muqian
，deguoxiandaiqichegongsiheouzhouqitajigezhuyaoqichegongsidecheneikongzhixitongquanbucaiyongCAN總線，國內的很多工業控製係統，(如車載控製係統、醫療控製係統和很多智能小區中的智能控製係統)都采用了CAN總線技術。隨著更加完善的CAN2.0B協議的提出，國外已有專家提出預言
，CAN總線的應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，但二者在控製領域的應用仍有其自身局限性。USB的傳輸距離通常不超過幾十米，經常達不到工業應用的要求；而CAN適配器與主機在傳統接口上的連接十分繁瑣和複雜
，不利於CAN的應用擴展。所以
，本設計考慮將傳輸距離較遠的CAN總線技術與即插即用的USB接口技術相結合，即利用USB接口方便的實現CAN總線和主機的連接，從而有力的擴展了CAN總線的監控和管理功能
，擴大CAN總線的應用範圍。
　　
1接口模塊的總體設計
　　
本文所介紹的USB-CAN轉接技術總體框圖如圖1所示，該設計分兩大部分：一是與主機USB接口相連的USB控製部分
；二是與CAN總線相連的CAN控製器部分。兩者中間通過單片機聯係起來。USB控製部分用USB接口控製芯片CH372來實現數據的接收和發送；CAN控製器SJA1000用來實現CAN總線間的數據通信。單片機用來進行相應的控製、協調以及係統的通信。



2AT89C52在係統中的功能
　　
單片機AT89C52在係統中主要起到一個橋梁和協調控製的作用。主機通過CH372把數據發送到單片機
，單片機再把數據通過SJA1000發送到CAN總線，從而實現整個係統的通信。此外
，單片機還需要對CH372和SJA1000進行初始化

，並通過地址／數據以複用的方式訪問CH372和SJA1000。由(you)於(yu)在(zai)訪(fang)問(wen)其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)芯(xin)片(pian)時(shi)，如(ru)果(guo)另(ling)一(yi)個(ge)芯(xin)片(pian)還(hai)保(bao)持(chi)有(you)輸(shu)出(chu)，那(na)麼(me)單(dan)片(pian)機(ji)就(jiu)不(bu)能(neng)讀(du)到(dao)正(zheng)確(que)的(de)數(shu)據(ju)，因(yin)此(ci)，單(dan)片(pian)機(ji)要(yao)通(tong)過(guo)片(pian)選(xuan)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)分(fen)配(pei)有(you)效(xiao)地(di)址(zhi)。單(dan)片(pian)機(ji)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)主(zhu)循(xun)環(huan)來(lai)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)通(tong)信(xin)
，其(qi)主(zhu)循(xun)環(huan)流(liu)程(cheng)圖(tu)見(jian)圖(tu)2所示。[page]


3USB控製部分
　　
USB控製部分使用USB接口控製芯片CH372來實現數據的接受和發送。CH372是一個USB總線的通用設備接口芯片，CH372在單片機端，具有8位數據總線和讀

、寫
、片選控製線以及中斷輸出
，因此可以方便地掛接到單片機／DSP／MCU等控製器的係統總線上
；在計算機係統中，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用層接口，應用層接口是由CH372動態鏈接庫DLL提供的麵向功能應用的API，所有API在調用後都會有操作狀態返回，但不一定有應答數據。CH372動態鏈接庫提供的API包括：設備管理API
、數據傳輸API、中斷處理API等。
　　
在zai應ying用yong層ceng設she計ji中zhong，筆bi者zhe采cai用yong的de是shi請qing求qiu加jia應ying答da的de方fang式shi。該gai方fang式shi使shi用yong一yi個ge下xia傳chuan的de主zhu動dong請qing求qiu和he一yi個ge上shang傳chuan的de被bei動dong應ying答da進jin行xing交jiao互hu式shi雙shuang向xiang數shu據ju通tong訊xun，下xia傳chuan與yu上shang傳chuan一yi一yi對dui應ying，相xiang互hu關guan聯lian。主zhu動dong請qing求qiu是shi指zhi由you計ji算suan機ji應ying用yong層ceng下xia傳chuan給gei單dan片pian機ji的de數shu據ju請qing求qiu

，被bei動dong應ying答da則ze是shi單dan片pian機ji收shou到dao數shu據ju請qing求qiu後hou，上shang傳chuan給gei計ji算suan機ji應ying用yong層ceng的de應ying答da數shu據ju。所suo有you的de通tong訊xun都dou由you計ji算suan機ji應ying用yong層ceng發fa起qi，然ran後hou以yi接jie收shou到dao單dan片pian機ji的de應ying答da結jie束shu，其qi完wan整zheng的de過guo程cheng包bao括kuo如ru下xia步bu驟zhou：
　　(1)計算機應用層按事先約定的格式將數據請求發送給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程序，以獲取CH372的中斷狀態並分析；
　　(4)如果是上傳，則釋放當前USB緩衝區，然後退出中斷程序
；
　　(5)如果是下傳，則從數據下傳緩衝區中讀取數據塊；
　　(6)分析接收到的數據塊，準備應答數據
，或者先退出中斷程序再處理；
　　(7)單片機將應答數據寫入批量端點的上傳緩衝區，然後退出中斷程序
；
　　(8)CH372芯片將應答數據返回給計算機

；
　　(9)計算機應用層接收到應答數據。
　　
在單片機端
，CH372芯片占用兩個地址位，當A0引腳為高電平時，係統選擇命令端口
，此時可以寫入命令；當A0引腳為低電平時

，選擇數據端口
，此時可以讀寫數據。單片機通過8位並口對CH372芯片進行讀寫時，所有操作都是由一個命令碼

、若幹個輸人數據和若幹個輸出數據組成。

但部分命令不需要輸入數據，而部分命令也可以沒有輸出數據。
　　
CH372芯片專門用於處理USB通訊。在接收到數據或發送完數據後，CH372將以中斷方式通知單片機進行處理。單片機通過CH372接收和發送數據的流程圖如圖3所示。

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4CAN控製器部分
　　
CAN控製器SJA1000可以通過總線驅動器PCA82C250接收CAN總線上的信號
，並將其傳送到微控製器，同時接收微控製器傳來的信號

，然後通過驅動器再傳送到CAN總線。
　　
由於SJA1000與CH372的地址／數據總線共用，故應通過片選加以區別。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。應用時應將中斷管腳INT與AT89C52的INT1相連，並接外部中斷1
，同時應接上拉10kΩ電阻。電源與地之間應連接去耦電容。
　　
SJA1000的TX0和RX0管腳分別與驅動器82C250的TX和RX相連接，可用於向CAN總線發送和接收數據。此時，需要將RX1管腳接到一個穩定的電平上，並將係統中的RX1接地。
　　
在CAN總線端，單片機控製著傳輸流程。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，單片機可控製SJA1000的收發等操作
，以完成和CAN總線的通信。當主機端傳來數據時，單片機將數據轉發到SJA1000的發送緩衝區，並由SJA1000根據CAN協議自動封裝後發送到CAN總線上；當SJA1000接收到來自CAN總線上的一個有效的報文後，係統將在INT引腳上產生一個硬件中斷信號(低有效)，當單片機收到中斷信號後，即進人中斷服務程序，以完成數據的接收和處理，其中斷服務流程見圖5所示。


本文介紹的USB-CAN轉接係統可以實現預期的目標。它能夠實現數據的傳輸，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。