據《硅谷》雜志2012年第17期刊文稱，提出一種USB總線轉CAN總線步進的接口方案。其中主要論述其硬件電路、軟件編寫及驅動軟件。該方案選用單片機加獨立CAN總線控制器的模式實現不同總線間的數據通訊，此方案在電路小型化和電路可靠性等方面有獨特優勢，實現USB接口與工業現場中的CAN總線步進網絡相互通信，拓展CAN總線應用范圍，具有一定的市場前景。
1.緒論
在當今時代，信息技術飛速發展，各類信息采集系統、數據處理系統、智能終端等自動化裝置在產品和工業現場的大規模應用，如何解決數據向上位機的傳輸以及自動化裝置之間數據的高速、可靠、及時的傳輸成為一個值得不斷深入研究的問題。現場總線正式在這樣的背景下應運而生的。CAN是控制器局域網絡(ControllerAreaNetwork，CAN)的簡稱，是由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發了的，并最終成為國際標準。是目前國際上應用最廣泛的現場總線之一。
隨著計算機硬件、軟件技術及集成電路技術的迅速發展，工業控制系統已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。典型的分散式控制系統由現場設備、接口與計算設備以及通信設備組成。現場總線(FIELDBUS)能同時滿足過程控制和制造業自動化的需要，因而現場總線已成為工業數據總線領域中最為活躍的一個領域。現場總線的研究與應用已成為工業數據總線領域的熱點。盡管目前對現場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，但現場總線的高性能價格必將吸引眾多工業控制系統采用。同時，正由于現場總線的標準尚未統一，也使得現場總線的應用得以不拘一格地發揮，并將為現場總線的完善提供更加豐富的依據。它是BOSCH公司為現代汽車應用領先推出的一種多主機局部網，由于其高性能、高可靠性、實時性等優點現已廣泛應用于工業自動化、多種控制設備、交通工具、醫療儀器以及建筑、環境控制等眾多部門。控制器局域網將在中國迅速普及推廣。
2.主控單片機方案
本設計的目的是設計一個成本低，結構簡單、性能穩定的USB轉CANBUS接口適配器。可以滿足現場設備與計算機之間高速、可靠、穩定的通訊。本方案由主要由MCU及USB控制模塊、CAN模塊組成。從裝置微、小型化和電路可靠性方面考慮，選擇帶有USB功能的MCU，然后可以直接構成與上位機通訊的物理層的連接。目前市面上常見的帶有USB模塊的MCU芯片有SiliconLaboratories公司的C8051F家族中的C8051F3X系列，CYPRESS公司的EZ-USBFX2系列芯片中的CY7C6系列和CY8C24X94，還有Microchips公司的PIC18F14K50、PIC16C765等。CAN控制器有NXP公司的SJA1000，Microchip的MCP2515，Philips公司的PCA82C200。CAN收發器方面有通用型收發器CTM8251，PCA82C250/251，高速CAN收發器TJA1040/1050，高速CAN收發器TJA1041，容錯CAN收發器TJA1054，單線CAN收發器AU5790。
從MCU的處理能力、內部硬件資源、芯片面積、外圍電路、主芯片價格等多方面綜合考慮，本案主控制器采用SiliconC8051F340全速USBFLASH微控制內核。CAN的節點模塊，選用CAN獨立控制器+集成CAN收發器方案，CAN獨立控制器為SJA1000。CAN節點集成收發器選用CTM8251A芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發器件。硬件電路主要包括了有MCU與USB控制模塊、CAN節點模塊、電源支持電路及其它電路幾部分。
3.軟件關鍵點設計
設計的樣品電路板如圖1所示，其正常工作的軟件整體結構主要包括：1)F340I/O口模擬SJA1000的Intel模式讀寫時序;2)CANBUS編程設計;3)USBBUS軟件設計三部分。整個的過程中，上位機發送信息時，MCU通過USB接口讀入上位機USB接口發送數據，然后存入緩存器中。然后，在軟件中的寫SJA1000子程序調用這個數據后對SJA1000進行寫操作，SJA1000自動以CAN的報文之形式發到CAN收發器CTM8251，后者將CAN報文的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平，發送到CAN總線上。上位機接收數據時，先是從CAN總線上的CTM8251接收到數據將CAN總線的差分電平轉化為SJA1000的控制電平后，經SJA1000的驗收代碼濾波后，產生中斷并存到接收緩沖寄存器中。MCU接收到SJA1000的中斷后，從SJA1000的緩沖寄存器中，讀取數據，通過軟件傳給USB發送函數，發送到上位機。由于SJA1000是典型的51的地址/數據總線復用結構，而C8051F340則是采用分離結構。因此如何用C8051F340的I/O口來模擬51的讀寫時序是程序的一個難點，還有就是上位機軟件和USB驅動的編寫。
因為SJA1000的數據口是地址數據復用接口，而340單片機則不是，因此需要用C8051F340的I/O口來模擬SJA1000的讀寫時序。本裝置中用單片機的P1.6端口來模擬SJA1000的ALE端口時序要求。通過合理設置單片機端口上的數據信號和控制信號，把需要的數據傳輸至SJA1000中，然后通過SJA1000對數據進行編碼，傳輸到CAN總線上去，實現兩類總線的數據智能通訊。
當電源打開時，首先進行的是主控制器的也就是C8051F340自身的初始化，包括初始化時鐘配置，關閉看門狗，初始化端口配置。第二步是最主要的也就是SJA1000的寄存器的初始化。SJA1000有兩種模式，一種是復位模式，另一種是工作模式。只有當進入復位模式時才能對SJA1000進行設置。所以首先就是要確保SJA1000進入復位模式。當確定SJA1000進入復位模式后，就可對SJA1000根據選擇的波特率、驗收濾波位、定時等等進行設置。設置完成以后再對SJA1000的模式寄存器進行設置，設置為工作模式，并通過程序，確保使之完全可靠的退出工作模式。
CAN總線步進數據發送過程是數據交換的典型過程之一。在這個過程中首先要初始化SJA1000的發送緩沖區。發送緩沖區長度為13個字節。第一步是要初始化幀信息和標識碼。它的第一個字節是幀信息字節，它說明了這個報文的幀格式它說明了幀格式(SFF標準幀或EFF擴展幀)遠程或數據幀和數據長度。然后就是初始化標識碼SFF(標準幀)有兩個字節的識別碼EFF(擴展幀)有四個字節的識別碼。本設計采用擴展幀。第二步要對發送區進行初始化并確保SJA1000不在接收狀態、發送緩沖器沒有被鎖。這些可以通過軟件來查詢狀態寄存器來確保。第三步就是要寫發送緩沖區的數據區，EFF(擴展幀)的數據區最長有8字節。第四步就是將命令寄存器的發送位置1，啟動發送，數據就自動轉化為CAN報文的形式發送給CAN收發器CTM8251。
4.結論
本設計目的是實現一個基于單片機的適配器，可以將CAN總線上的數據通過USB接口傳輸到其他主機(PC、工控機等智能終端)進行分析和處理、監控設備的工作狀態等等。也可以用上位機通過數據轉換器向CAN節點發送命令或數據，從而實現了上位機(計算機)與現場設備的之間的通信。本設計選擇了單片機加獨立CAN控制器的方案，智能節點功能組織靈活，硬件布局設計合理，有一定的實用和推廣價值。
