SN65HVD230型CAN總線收發(fā)器的原理及應用

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，因而在實際應用中具有極高的應用價值。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。
' d) l+ ?* Q9 }0 w" n( {7 E　　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
/ N8 H, ~* H, d' I# `5 h) i　　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標準；
　　·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；
' v* |# `& F  [9 b: J- @% X$ v8 N　　·信號傳輸速率最高可達1Mb/s；
9 S  P0 M- J9 ^' m, R　　·具有熱保護，開路失效保護功能；
1 I& k* r  C) W' C) E　　·具有抗瞬間干擾，保護總線的功能；
/ ^" ?  W* r& H; }& R1 i! k　　·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。
4 `$ T( K' y: N- q# k; P5 Q$ w　　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。
) M8 u! e$ b- ?　　表1 SN65HVD230的引腳功能
　　收藏
　　評論（0）
6 }3 A6 C0 M( U- |# y　　分享到
　　微博
　　QQ
6 h3 l7 e5 B4 G4 j! P　　微信
　　LinkedIn
　　引言
4 \3 p) g+ k1 V, v* p$ J% C　　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，因而在實際應用中具有極高的應用價值。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。
2 S) n  t1 G" T5 \3 {　　1 SN65HVD230簡介
4 Y& f' a6 K/ d. P　　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1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。
2 x. b4 O* @1 m　　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：
( Y( M$ a. L, H- Q　　·完全兼容ISO11898標準；
2 `4 z# T/ v# i! V( x7 l　　·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
8 N  Y4 W& |9 s7 ?6 Y　　·低電流等待模式，典型電流為370μA；
　　·信號傳輸速率最高可達1Mb/s；
* \' u9 N3 N6 \  T　　·具有熱保護，開路失效保護功能；
( r1 p, n( ^! V) I$ h　　·具有抗瞬間干擾，保護總線的功能；
　　·斜率控制，降低射頻干擾（RFI）；
: R% [* @1 i* \, [! S　　·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。
) u# X2 a+ B- c0 _　　表1 SN65HVD230的引腳功能
* q2 O* l( H. v' j+ K( z　　引腳號引腳名稱引腳功能
* a- V: {7 C) b' g% z( l　　描       述
/ b+ \/ e5 C; R　　1D輸入CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端
* G% t& }; _7 O# R: |　　2GND地接地
% |+ S! \1 }1 a, l* m1 }　　3Vcc+3V電源+3V電源電壓
5 o8 ^: e! q+ ]' {& Q# L2 R　　4R輸出CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端
' N. g0 x3 m  F, b! o( `% _# \6 F% N　　5VREF參考電壓參考電壓輸出
1 l" o  Q: B5 Z3 N　　6CANLCAN總線低低電平CAN電壓輸入/輸出
  U1 @- E& n6 W- U, h$ m6 A/ U6 H/ \　　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
　　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。
' g1 p# {/ W! i- v5 _　　表2 SN65HVD230的工作模式選擇
　　Vrs工作模式
  g9 ?; p5 M" M2 l9 r% v, T3 V　　VRs≥0.75Vcc等待模式
　　10kΩ到100kΩ接地斜率控制模式
" k- F. L9 \1 |: Y( L, C& M　　VRs≤1V高速模式
　　收藏
4 r; t4 R0 v; Z, @9 h　　評論（0）
7 B7 ~2 C  i6 W# g$ X/ d　　分享到
3 |7 j0 J/ \) h0 f! @2 h6 {　　微博
/ Z* d5 F3 x( |% V( K0 g　　QQ
　　微信
　　LinkedIn
　　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，因而在實際應用中具有極高的應用價值。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。

+ \& m  A$ P2 m　　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1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。

# j' o" k. W; h　　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：
　　·完全兼容ISO11898標準；
　　·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
. [5 M1 {% J' \　　·低電流等待模式，典型電流為370μA；
　　·信號傳輸速率最高可達1Mb/s；
　　·具有熱保護，開路失效保護功能；
　　·具有抗瞬間干擾，保護總線的功能；
　　·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。

　　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
% s% I9 P5 s6 y- D3 O　　描       述
　　1D輸入CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端
  X) v+ y$ h) ^! Q% ]% I' c( \　　2GND地接地
% Z1 _: r- @0 ]0 V: x　　3Vcc+3V電源+3V電源電壓
: Q6 F* C. ]) P7 M/ e　　4R輸出CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端
3 \% G2 n' z( }! I* m$ \　　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
　　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

( Q; c. ?. u; s" I+ S% H4 ~　　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。
% k% D, Y% w5 i- y, {' A, G) J　　表2 SN65HVD230的工作模式選擇
! k  H- {/ w+ A0 ?4 N5 ]　　Vrs工作模式
: b2 M" s$ v' ]+ Z! X: W　　VRs≥0.75Vcc等待模式
　　10kΩ到100kΩ接地斜率控制模式
　　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)。
) W9 c! q5 W4 X% w+ W+ R　　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。
+ j& B5 a# o3 F6 L$ }　　在Rs引腳加上邏輯高電平（≥0.75Vcc），可使器件進入等待模式，處于待機狀態(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。
　　1．3 控制邏輯
& y( x; T6 p7 W+ g　　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。
& `" P3 u/ E9 D3 U　　表3 SN65HVD2304的控制邏輯
* Q) [4 ~* x, O, F% K　　發(fā)         送接     收
　　輸入DRs輸出總線狀態(tài)差分輸入Rs輸出R
' D5 n0 F9 }2 N. f" S0 R3 R　　CANHCANL
　　LXRs≤1.2VHL顯性VIN≥0.9VXL
　　HZZ隱性0.5VX?
　　OpenXZZ隱性VID≤0.5VXH
4 f$ D" I0 ~' ?7 E8 q0 v+ y2 O7 w　　XVRS≥0.75VccZZ隱性OpenXH
# q6 d3 y3 X  _! G% g　　其中，Z表示高阻狀態(tài)，？表示未定狀態(tài)，X表示無關(guān)。
　　2 實際應用
　　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。

4 z1 H& y2 f* _4 s$ Q7 k　　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型單片機來設計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)絡節(jié)點來實現(xiàn)其具體的控制功能，并以此組成網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。
　　2．2 CAN總線通信控制卡的設計
　　在整個CAN控制網(wǎng)絡中，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、雙口RAM及其控制電路、中斷申請電路、復位電路和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)絡變成一個簡單的“一主多從”控制網(wǎng)絡。PC通過CAN總線通信控制卡向網(wǎng)絡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)絡的控制。

% ]  g. e+ @/ _) b' [. r　　2．3 CAN節(jié)點的設計
' p1 l0 q+ M, f2 v& e　　在整個CAN控制網(wǎng)絡中，節(jié)點是整個網(wǎng)絡的“從者”，它通過相應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)行相應的操作。在CAN控制網(wǎng)絡中，信息通過幀模式進行傳送。CAN節(jié)點根據(jù)設定的幀格式內(nèi)容進入相應的控制程序，以對外圍電路進行操作控制。CAN節(jié)點系統(tǒng)框圖如圖6所示。
% z8 ?7 \" R5 b2 M* L0 f/ C9 H　　2．4 混合電平電路抗干擾設計
　　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，以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
# ^: _" Y+ g  Y　　本系統(tǒng)通過對C8051F040控制信號進行光隔離和驅(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。
　　2．5 系統(tǒng)軟件設計
6 Y; N: D: D' w2 [　　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：
　　WDTCN=0xde; //關(guān)watch dog
　　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)允許進行CAN通訊
2 F8 N; ]: ^4 D2 O" z　　EA=1； //系統(tǒng)開中斷；
: }! D% P" n* d) u; s; ?　　3 結(jié)束語
( p4 f7 H% ^: M' y5 u4 C1 v　　在實際工程應用中，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。
. G9 S9 E% L2 l' o4 P
( A; C' T, A$ R$ [7 d# b7 ~2 q
' a" M6 y, [/ P0 @% r* ^3 |