SN65HVD230型CAN總線收發(fā)器的原理及應(yīng)用

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　　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
* g4 P* j) m$ W7 i% T　　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。
( r6 ]4 l% K7 n  ]　　1．1 主要特點及引腳功能
5 l! e& R# _" i/ D) e4 Z6 r　　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)；
$ Q! t2 P5 A1 Y6 p　　·高輸入阻抗，允許120個節(jié)點；
% o" y9 W* A& F3 x) g: l4 I' [6 W5 H　　·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；
　　·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；
8 B9 n6 G/ I9 T! Z! G, @: ]　　·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
2 W; b. f+ y! h: @: b, K- i, p. L　　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。
8 n$ Q$ a! O* P% \5 ^' b. h8 _$ B7 a　　1．1 主要特點及引腳功能
/ D" A% ^% C! A: M3 Z　　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：
# G* C* k: o% X! z　　·完全兼容ISO11898標(biāo)準(zhǔn)；
$ z5 M- d( ^8 H8 u) r1 f　　·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；
+ ]0 z$ h% \6 e* Q5 ^) c　　·信號傳輸速率最高可達(dá)1Mb/s；
　　·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）；
* S7 ]  y2 j' X, L( h' F8 {　　·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。
+ \( d; B8 p+ F. w  D4 ~  C" s- l　　表1 SN65HVD230的引腳功能
' h; k! V% Y# z1 p$ O9 ?: g　　引腳號引腳名稱引腳功能
4 @5 w: A4 O3 @8 ^; S: y" o　　描       述
　　1D輸入CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端
6 h/ }7 Y- m) a2 T& F6 @　　2GND地接地
　　3Vcc+3V電源+3V電源電壓
0 M  ]+ e" z# W3 ^2 y　　4R輸出CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端
! T8 Q2 ^" k) W　　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
3 u4 f" w9 i+ r2 _4 G　　7CANHCAN總線高高電平CAN電壓輸入/輸出
  h; g1 J: x1 V　　8Rs方式選擇斜率電阻器輸入
4 S0 K6 v, w4 Y) A0 L# ?5 i* g　　1．2 工作模式和控制邏輯
/ h, P7 [: M  U7 x9 c3 {) D1 g+ v　　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
5 q' R  q1 N1 H) X4 g8 u0 H. Y　　Vrs工作模式
0 g: z2 r0 P/ W: e　　VRs≥0.75Vcc等待模式
　　10kΩ到100kΩ接地斜率控制模式
　　VRs≤1V高速模式
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' O" o  O! u6 j  X: {　　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。

9 c2 Q# j' z7 P. Z8 X1 S& A3 |  W5 Q　　1 SN65HVD230簡介
4 U4 y" |" x+ S/ p2 I2 A　　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：
9 ]0 W7 G* v3 @8 Z, h　　·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；
/ m2 W# N3 s' N. \0 X　　·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。

7 e$ X1 d+ d! p　　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
' R* N, \; V$ }1 ^* O5 N　　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
　　4R輸出CAN總線接收數(shù)據(jù)輸出端
& x2 J$ Q: \$ @  H' H4 m' W. k　　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
' h* U) O5 r3 C# M) s5 X　　7CANHCAN總線高高電平CAN電壓輸入/輸出
5 V, _8 ?' [" k% f8 [　　8Rs方式選擇斜率電阻器輸入
3 _- f* F+ P* U- Y5 B
8 f% d0 N" C. R　　1．2 工作模式和控制邏輯
/ X: r) Z$ E2 e. B3 v+ J　　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
' V3 P* q) _" V8 n　　Vrs工作模式
% Z. H9 t8 t8 p' v2 j: F　　VRs≥0.75Vcc等待模式
　　10kΩ到100kΩ接地斜率控制模式
3 H# F, N3 z" E5 k3 k3 b! M3 S　　VRs≤1V高速模式
6 ~4 {( L2 e- m5 h& p　　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。
0 L9 Q# R( g5 Q" B　　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。
* V) {9 I5 F7 k4 T4 O9 v& K, V7 U4 l　　1．3 控制邏輯
　　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。
% ]$ C( t" }8 U; j( H7 N! |0 \　　表3 SN65HVD2304的控制邏輯
　　發(fā)         送接     收
% P0 y% _8 s- O  Q3 a　　輸入DRs輸出總線狀態(tài)差分輸入Rs輸出R
+ \/ ^7 A3 T  ]" E. }; U0 o) S! B　　CANHCANL
　　LXRs≤1.2VHL顯性VIN≥0.9VXL
　　HZZ隱性0.5VX?
7 F) A' s. z1 r) x8 p* B7 i　　OpenXZZ隱性VID≤0.5VXH
　　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)。
( v3 {( @7 Y& ~( j+ R　　2 實際應(yīng)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(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。

　　2．1 系統(tǒng)原理
$ b( N) n, k  f- {　　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)。
　　2．2 CAN總線通信控制卡的設(shè)計
1 O0 [6 U2 [# F0 ~5 f# b0 f8 Z　　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。
% `- T% \+ t( |1 I
5 h2 }1 I; ?3 I) i& \, K　　2．3 CAN節(jié)點的設(shè)計
　　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。
9 c. C* Q& m9 g6 X　　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。
9 I! s( |5 x5 v5 U2 e8 R, ?　　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：
  @0 A5 M; p$ c# {- w6 `  Z　　WDTCN=0xde; //關(guān)watch dog
　　WDTCN=0xad;
) @4 k* v, R+ }' A/ N  q; p. z　　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)
3 t0 Y- P! y1 X8 n5 l: E　　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)……
' w3 Q5 P) N7 L' N$ ~. e$ P　　startCAN(); //系統(tǒng)允許進(jìn)行CAN通訊
　　EA=1； //系統(tǒng)開中斷；
* O* e$ [2 P7 W! t　　3 結(jié)束語
　　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。
2 n# M1 z" {2 f* Q/ Q- e
* F+ F# V# D0 N1 t/ b
7 M  j/ m0 p$ S4 |