SN65HVD230型CAN總線收發(fā)器的原理及應(yīng)用

xunavc

　　引言
　　CAN總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應(yīng)用中具有極高的應(yīng)用價值。但是，隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，一些新型CAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL，這就需要與之相適應(yīng)的總線收發(fā)器。TI公司生產(chǎn)的SN65HVD230型電路很好地解決了這個問題。
　　1 SN65HVD230簡介
　　SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3CAN總線收發(fā)器，主要是與帶有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達(dá)1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。
　　1．1 主要特點及引腳功能
　　SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)能力，其主要特點如下：
0 J3 C2 A" A$ s6 e　　·完全兼容ISO11898標(biāo)準(zhǔn)；
5 g5 `9 k/ ~: B2 o7 x4 X　　·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
& W3 \1 S: A+ d9 o　　·低電流等待模式，典型電流為370μA；
　　·信號傳輸速率最高可達(dá)1Mb/s；
2 m- Q5 b1 m4 @* ^; S* _' \+ m　　·具有熱保護(hù)，開路失效保護(hù)功能；
　　·具有抗瞬間干擾，保護(hù)總線的功能；
$ k2 n! Z% j# y% C; i( Z+ V　　·斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；
　　·差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾（EMI）能力。
　　SN65HVD230采用PSOP8封裝，具體引腳排列及其邏輯功能如圖1所示，表1所列是其引腳功能。
　　表1 SN65HVD230的引腳功能
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　　引言
0 _' o5 D9 T( w+ x& f1 M5 {4 v　　CAN總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應(yīng)用中具有極高的應(yīng)用價值。但是，隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，一些新型CAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL，這就需要與之相適應(yīng)的總線收發(fā)器。TI公司生產(chǎn)的SN65HVD230型電路很好地解決了這個問題。
　　1 SN65HVD230簡介
　　SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3CAN總線收發(fā)器，主要是與帶有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達(dá)1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。
　　1．1 主要特點及引腳功能
* l1 Y4 H1 K9 j6 T3 \+ Z6 }( G　　SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)能力，其主要特點如下：
3 d& d1 {& y- {　　·完全兼容ISO11898標(biāo)準(zhǔn)；
　　·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
　　·低電流等待模式，典型電流為370μA；
　　·信號傳輸速率最高可達(dá)1Mb/s；
- b% k, [3 g+ ?1 m2 O4 q　　·具有熱保護(hù)，開路失效保護(hù)功能；
　　·具有抗瞬間干擾，保護(hù)總線的功能；
' G8 w! o2 e$ Q& H　　·斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；
' [8 v8 I8 S; |1 l- V) J; G9 h6 D% j　　·差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾（EMI）能力。
1 t$ j& R% n+ X　　SN65HVD230采用PSOP8封裝，具體引腳排列及其邏輯功能如圖1所示，表1所列是其引腳功能。
  W0 z0 b$ v3 p$ K8 k. ^　　表1 SN65HVD230的引腳功能
　　引腳號引腳名稱引腳功能
- B, ]5 T7 f, ~" ]/ g) j: H　　描       述
　　1D輸入CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端
　　2GND地接地
; Z7 p. \4 h' M; G/ h  W　　3Vcc+3V電源+3V電源電壓
　　4R輸出CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端
' s+ B. |+ r5 A5 A0 ?1 D/ p　　5VREF參考電壓參考電壓輸出
/ k  y9 k% C! [1 T0 U. g" n9 d* z　　6CANLCAN總線低低電平CAN電壓輸入/輸出
0 o$ Q' m/ B1 V0 l1 p2 {" p) m　　7CANHCAN總線高高電平CAN電壓輸入/輸出
　　8Rs方式選擇斜率電阻器輸入
3 G: z0 d/ x" O- r) v　　1．2 工作模式和控制邏輯
　　SN65HVD230具有高速、斜率和等待3種不同的工作模式。其工作模式控制可通過Rs控制引腳來實現(xiàn)。圖2是SN65HVD230在CAN總線系統(tǒng)中的典型應(yīng)用圖。由圖中可以看出，CAN控制器的輸出引腳Tx接到SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸入端D，可將此CAN節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到CAN網(wǎng)絡(luò)中；而CAN控制器的接收引腳Rx與SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸出端R相連，用于接收數(shù)據(jù)。SN65HVD230方式選擇端口Rs通過跳線和一端接地的斜率電阻器連接，通過硬件方式可實現(xiàn)3種工作模式的選擇，其中斜率電阻器為0～100kΩ的電位器。VRs為加在Rs引腳上的電壓。具體工作模式的選擇如表2所列。
　　表2 SN65HVD230的工作模式選擇
8 ?! L9 P" E7 v; D8 Q$ U% Z　　Vrs工作模式
　　VRs≥0.75Vcc等待模式
　　10kΩ到100kΩ接地斜率控制模式
　　VRs≤1V高速模式
' v# Q3 `7 i0 `4 ?0 ]  E* h  v　　收藏
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6 e3 l" ?+ {. a1 f0 S6 `　　引言
- J' ~2 }4 W# X) T3 J' X6 @" g　　CAN總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應(yīng)用中具有極高的應(yīng)用價值。但是，隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，一些新型CAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL，這就需要與之相適應(yīng)的總線收發(fā)器。TI公司生產(chǎn)的SN65HVD230型電路很好地解決了這個問題。
. h. v( b: z- S
, Y5 v) o- R3 d+ Y4 V　　1 SN65HVD230簡介
　　SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3CAN總線收發(fā)器，主要是與帶有CAN控制器的TMS320Lx240x系列DSP配套使用，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達(dá)1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。

　　1．1 主要特點及引腳功能
2 _7 U- t3 Y, K( a+ C　　SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)能力，其主要特點如下：
　　·完全兼容ISO11898標(biāo)準(zhǔn)；
　　·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
　　·低電流等待模式，典型電流為370μA；
/ |9 r; q' b, c9 p. W! Q6 f5 V8 L　　·信號傳輸速率最高可達(dá)1Mb/s；
7 ~! h4 I! e/ V　　·具有熱保護(hù)，開路失效保護(hù)功能；
　　·具有抗瞬間干擾，保護(hù)總線的功能；
　　·斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；
　　·差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾（EMI）能力。
* T, V9 e* Z' }1 \% r# Q" i" b
　　SN65HVD230采用PSOP8封裝，具體引腳排列及其邏輯功能如圖1所示，表1所列是其引腳功能。
　　表1 SN65HVD230的引腳功能
　　引腳號引腳名稱引腳功能
　　描       述
　　1D輸入CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端
　　2GND地接地
　　3Vcc+3V電源+3V電源電壓
/ ^6 G# ^( o3 F5 b　　4R輸出CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端
4 [9 i0 I6 q! i. y) ~9 d3 @　　5VREF參考電壓參考電壓輸出
　　6CANLCAN總線低低電平CAN電壓輸入/輸出
- M  c1 Z1 j2 o# O( }2 a4 g9 F) L+ Y" b9 ?　　7CANHCAN總線高高電平CAN電壓輸入/輸出
: p- `8 l8 M* W　　8Rs方式選擇斜率電阻器輸入

　　1．2 工作模式和控制邏輯
* y$ k2 l* [3 ^9 `3 x8 z% m3 C8 q　　SN65HVD230具有高速、斜率和等待3種不同的工作模式。其工作模式控制可通過Rs控制引腳來實現(xiàn)。圖2是SN65HVD230在CAN總線系統(tǒng)中的典型應(yīng)用圖。由圖中可以看出，CAN控制器的輸出引腳Tx接到SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸入端D，可將此CAN節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到CAN網(wǎng)絡(luò)中；而CAN控制器的接收引腳Rx與SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸出端R相連，用于接收數(shù)據(jù)。SN65HVD230方式選擇端口Rs通過跳線和一端接地的斜率電阻器連接，通過硬件方式可實現(xiàn)3種工作模式的選擇，其中斜率電阻器為0～100kΩ的電位器。VRs為加在Rs引腳上的電壓。具體工作模式的選擇如表2所列。
: }( L1 w# Q6 y　　表2 SN65HVD230的工作模式選擇
% s, \" t9 p( H% @  N$ D4 L　　Vrs工作模式
. z% s4 A" R# S4 |* w　　VRs≥0.75Vcc等待模式
: Z" F" m9 B0 P& M) v　　10kΩ到100kΩ接地斜率控制模式
! Z& F% ]% M0 {　　VRs≤1V高速模式
　　使Rs接邏輯低電平可以使收發(fā)器工作在高速模式。在高速模式下，收發(fā)器的通信速率達(dá)到最高，此時沒有內(nèi)部輸出上升斜率和下降斜率的限制，但在該方式下，最大速率的限制與電纜的長度有關(guān)。
　　而在有些場合中，考慮到系統(tǒng)成本等問題，使用非屏蔽電纜時，收發(fā)器必須滿足電磁兼容等條件。為了減少因電平快速上升而引起的電磁干擾，在SN65HVD230中引入了斜率控制方式。這種控制方式可通過連接在Rs引腳上的串聯(lián)斜率電阻器來實現(xiàn)。電壓轉(zhuǎn)換和斜率電阻的關(guān)系如圖2所示。
: h4 B; J+ `% X- r! O　　在Rs引腳加上邏輯高電平（≥0.75Vcc），可使器件進(jìn)入等待模式，處于待機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)只“聽”發(fā)送過來的消息。在“聽”狀態(tài)下，收發(fā)器的發(fā)送功能處于關(guān)斷狀態(tài)，接收功能仍處于有效狀態(tài)。此時，接收器對于總線來說總是隱性的。
! m8 n& W" A! I2 L8 N　　1．3 控制邏輯
9 [# C% A! c. H# @8 z8 c* Z, |　　SN65HVD230采用正邏輯控制方式，有接收和發(fā)送二種方式，具體控制邏輯如表3所列。
　　表3 SN65HVD2304的控制邏輯
$ [% N' z, K4 |2 l9 V; x　　發(fā)         送接     收
( L$ Q0 G( S# R8 j2 ~　　輸入DRs輸出總線狀態(tài)差分輸入Rs輸出R
3 c; [; U0 d6 J: G$ f* t8 w6 `+ T　　CANHCANL
' }0 R9 U& M$ C　　LXRs≤1.2VHL顯性VIN≥0.9VXL
　　HZZ隱性0.5VX?
　　OpenXZZ隱性VID≤0.5VXH
$ L1 Y3 k; m# U- C8 s5 C　　XVRS≥0.75VccZZ隱性O(shè)penXH
　　其中，Z表示高阻狀態(tài)，？表示未定狀態(tài)，X表示無關(guān)。
　　2 實際應(yīng)用
& R. T0 k' h+ V" _3 A+ a　　某自動測試系統(tǒng)需要多路實時可控的交流供電電源，為此，筆者設(shè)計了基于CAN總線的智能電源控制器。該系統(tǒng)的主控計算機(jī)中安裝了CAN總線通信控制卡，電源控制器中裝有CAN總線通信適配卡，故可通過控制卡與適配卡來實現(xiàn)計算機(jī)與各智能電源控制器之間的通信，從而完成對各電源控制器的控制及對各電源控制器輸出狀態(tài)的檢測。

5 `/ p" @! w3 X7 z1 ?9 `- z　　2．1 系統(tǒng)原理
　　該電源控制器采用SN65HVD230 http://www.dzsc.com/ic-detail/9_1167.html型CAN總線收發(fā)器和Cygnal公司生產(chǎn)的具有3.3V集成式CAN控制器的C8051F040型單片機(jī)來設(shè)計CAN總線通信控制卡及CAN總線通信適配卡。其原理框圖如圖4所示，通過PC控制各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來實現(xiàn)其具體的控制功能，并以此組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
$ X/ {6 o# Y) @　　2．2 CAN總線通信控制卡的設(shè)計
, Q' {6 b) \( u/ N　　在整個CAN控制網(wǎng)絡(luò)中，CAN總線通信控制卡起著非常重要的作用。該卡主要包括C8051F040型單片機(jī)、雙口RAM及其控制電路、中斷申請電路、復(fù)位電路和CAN驅(qū)動電路。該控制卡的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。CAN通信控制卡通過CAN總線將各個節(jié)點串聯(lián)起來，從而將一個等網(wǎng)絡(luò)變成一個簡單的“一主多從”控制網(wǎng)絡(luò)。PC通過CAN總線通信控制卡向網(wǎng)絡(luò)中各個具有不同地址的節(jié)點發(fā)送各種格式的控制命令字，并將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中代表各節(jié)點狀態(tài)的數(shù)據(jù)字讀回，以此實現(xiàn)整個CAN網(wǎng)絡(luò)的控制。

　　2．3 CAN節(jié)點的設(shè)計
$ U- S# Z4 R0 [　　在整個CAN控制網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點是整個網(wǎng)絡(luò)的“從者”，它通過相應(yīng)的地址匹配來識別控制卡發(fā)來的信息。若信息不是發(fā)送給自己的，則不進(jìn)行任何動作，若信息是發(fā)給自己的，則該節(jié)點接收信息，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。在CAN控制網(wǎng)絡(luò)中，信息通過幀模式進(jìn)行傳送。CAN節(jié)點根據(jù)設(shè)定的幀格式內(nèi)容進(jìn)入相應(yīng)的控制程序，以對外圍電路進(jìn)行操作控制。CAN節(jié)點系統(tǒng)框圖如圖6所示。
+ S# w% `+ E( g% L　　2．4 混合電平電路抗干擾設(shè)計
　　由于智能電源控制器本身是一個混合電平系統(tǒng)，內(nèi)部有多路220V/50Hz交流電、控制電路的3.3V直流電平、CAN控制網(wǎng)絡(luò)接口電平等不同電平，因此必須實現(xiàn)不同電平信號的隔離，以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。
　　本系統(tǒng)通過對C8051F040控制信號進(jìn)行光隔離和驅(qū)動處理后控制繼電器，以實現(xiàn)對交流電源的輸出控制，從而確保了大功率交流電源與內(nèi)部控制電路之間的有效隔離。而CAN接口在收發(fā)器和控制器之間采用了LVTTL/LVCMOS兼容高速光隔離來實現(xiàn)不同電平之間的電氣隔離。
4 U  H; Y0 K( @  t; x　　2．5 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　系統(tǒng)軟件主要由CAN總線通信控制卡控制程序和各個節(jié)點控制程序二部分組成。CAN總線通信控制卡控制程序是基于Windows的編程，這里不再多述，本文主要給出各個節(jié)點的控制程序。
　　各種控制功能主要通過調(diào)用系統(tǒng)的通用函數(shù)和功能函數(shù)來實現(xiàn)。其中，系統(tǒng)通用函數(shù)用于系統(tǒng)的初始化及一些通用功能的實現(xiàn)。首先對CAN系統(tǒng)進(jìn)行初始化，同時完成端口配置、位時間確定、消息體的配置等。其節(jié)點初始化函數(shù)如下：
2 e' H7 h" C+ y" w　　WDTCN=0xde; //關(guān)watch dog
* T9 t! p. D1 s- j' r  U9 T　　WDTCN=0xad;
　　config_IO（void）; //端口配置函數(shù)，實現(xiàn)控制模塊的控制引腳的分配Clock(void); //時鐘及CAN總線速度定義函數(shù)
　　clear_msg_objects(void);//各個消息體的清除函數(shù)msg_objects_init(void);//CAN消息體初始化函數(shù)……
　　startCAN(); //系統(tǒng)允許進(jìn)行CAN通訊
　　EA=1； //系統(tǒng)開中斷；
　　3 結(jié)束語
% ^8 F  `; G3 a+ X　　在實際工程應(yīng)用中，SN65HVD230作為一種新型CAN總線收發(fā)器，具有高速率和高抗電磁干擾等特點，加之其電氣連接十分簡單，因而具有良好的實用性。
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