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基于usb接口的便攜式can總線分析記錄儀的制作方法

文檔序號:6385250閱讀:395來源:國知局
專利名稱:基于usb接口的便攜式can總線分析記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀涉及到基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷以及通信數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)。由于其高性能、高可靠性以及相對其它現(xiàn)場總線低廉的價格,已經(jīng)受到廣泛的重視。尤其是在汽車領(lǐng)域,國際汽車工程協(xié)會(SAE)為CAN在汽車上的推廣應(yīng)用制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。為了適應(yīng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,其網(wǎng)絡(luò)檢測設(shè)備是必不可少的。
目前國內(nèi)還沒有成熟的CAN總線檢測以及數(shù)據(jù)記錄技術(shù),所使用的CAN總線分析記錄儀都源于國外,且都是基于PC機(jī)的,例如德國Vector公司的CANalyzer,美國國家儀器公司的NI PCMCIA-CAN等。雖然這些商業(yè)產(chǎn)品在性能上已比較完善,但是存在下面的一些不足。
1.必須依靠PC機(jī)才能工作,不能單獨使用,便攜性差;2.抗干擾能力差,沒有考慮在特別惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用;3.不具備CAN總線波特率自動檢測功能;4.價格昂貴,一般用戶很難承受。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是設(shè)計一種不依賴PC機(jī)能夠獨立進(jìn)行CAN總線分析記錄的便攜式分析記錄儀,它具有總線狀態(tài)檢測與顯示,通信數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)記錄功能,并能自動偵測CAN總線的波特率。此外,它能根據(jù)用戶協(xié)議,從通信數(shù)據(jù)中提取用戶所需的信號參數(shù),并通過液晶(聯(lián)機(jī)模式時通過PC機(jī)顯示器,后面有詳細(xì)敘述)進(jìn)行顯示。在獨立進(jìn)行CAN總線分析記錄的基礎(chǔ)上,它還能通過串口與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作,將網(wǎng)絡(luò)信息通過串口實時發(fā)送給PC機(jī),并通過PC機(jī)的界面進(jìn)行總線狀態(tài)和通信數(shù)據(jù)的顯示。
本實用新型含有核心處理器和總線收發(fā)器,其特征在于,所述CAN總線分析記錄儀是可以獨立于PC機(jī)工作的分析記錄儀,它還含有與所述核心處理器連接的液晶顯示儀、鍵盤、USB主機(jī)接口以及用于存儲設(shè)置的非易失RAM;所述USB主機(jī)接口用于連接外部USB存儲器,并將配制文件存儲到USB存儲器中。
其特征還在于,還含有抗干擾電路,所述抗干擾電路是連接在所述核心處理器和所述總線收發(fā)器之間的收、發(fā)信號端的兩個光電耦合器;以及連接在所述總線收發(fā)器和CAN總線之間的共模抑制器,所述總線收發(fā)器通過兩個連接被隔離地的接濾波電容與所述共模抑制器相連,所述共模抑制器還通過另兩個連接被隔離地的濾波電容和兩個正端共同連接被隔離地的瞬變電壓抑制二極管與CAN總線相連;所述被隔離地是與上述核心處理器相隔離的地。
其特征在還于,所述USB主機(jī)接口中的接口芯片的型號為SL811HS,該芯片的數(shù)據(jù)端與所述核心處理器相連。所述核心處理器的型號為C167CR。所述總線收發(fā)器的型號為82250。所述液晶顯示儀的型號為MGLS1286T-HT。
在本實用新型設(shè)計中,分析儀采用了16位單片機(jī)Infineon C167CR作為核心處理器,利用其內(nèi)部的CAN模塊實現(xiàn)CAN通信,利用它的比較/捕捉模塊實現(xiàn)波特率的自動偵測。外圍設(shè)備包括USB主機(jī)接口,液晶顯示儀,鍵盤,串口通信電路等,它們與核心處理器一起實現(xiàn)了本分析儀的所有功能。
試驗證明,本實用新型能夠獨立于PC機(jī)工作,并且具有良好的抗干擾性,具備CAN總線波特率自動檢測功能,攜帶方便,達(dá)到了預(yù)期的目的。


圖1為分析記錄儀總體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為分析記錄儀核心處理器電路原理圖;圖3為CAN通信電路原理圖;圖4為USB主機(jī)接口電路原理圖;圖5為非易失RAM存儲模塊電路原理圖;圖6是液晶顯示儀與單片機(jī)總線之間的接口電路圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖說明分析儀的實施方式。
圖1所示,本實用新型所提出的分析紀(jì)錄儀主要包括核心處理器、液晶顯示儀、USB主機(jī)接口、鍵盤、非易失RAM存儲模塊、RS232轉(zhuǎn)換電路、CAN收發(fā)電路和系統(tǒng)輔助電路。核心處理器是整個系統(tǒng)的樞紐,系統(tǒng)輔助電路包括電源電路,外擴(kuò)SRAM和Flash電路。由于擁有鍵盤、液晶顯示等輸入輸出界面,又具有存儲處理和存儲功能,因此用戶可以脫離PC機(jī)獨立對CAN總線進(jìn)行檢測。另外通過串口與PC機(jī)相連,用戶也可以與PC機(jī)結(jié)合使用。下面介紹獨立使用(單機(jī)模式)和與計算機(jī)結(jié)合使用(聯(lián)機(jī)模式)的兩種使用模式。
單機(jī)模式總線狀態(tài)、通信數(shù)據(jù)和信號參數(shù)通過液晶進(jìn)行顯示,用戶的意圖由鍵盤輸入。用戶可以方便的對接收屏蔽碼、接收報文ID、發(fā)送周期、發(fā)送報文ID等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,可以根據(jù)用戶協(xié)議定義信號參數(shù),并可選擇性地將感興趣的信號參數(shù)顯示在液晶屏上。由于本分析儀是基于USB接口的,可以通過該USB接口外接USB閃存,將配置文件存放在USB閃存中,配置文件可以在PC機(jī)上編輯,用戶進(jìn)行設(shè)置時,不用通過鍵盤設(shè)置,而是從存放在閃存中的配置文件中讀取各項參數(shù)并進(jìn)行設(shè)置,當(dāng)用戶協(xié)議比較復(fù)雜時,用這種方式更為有效。所有的設(shè)置都被保存到非易失RAM中,避免了再次使用時的重復(fù)設(shè)置。根據(jù)實際情況完成系統(tǒng)配置后就可以對總線狀態(tài)進(jìn)行檢測,總線狀態(tài)和通信數(shù)據(jù)均可在液晶屏上顯示,同時,接收到的通信數(shù)據(jù)可以以標(biāo)準(zhǔn)的FAT16文件格式存放到USB閃存中,最快存儲速度可以達(dá)到1Mbyte/s,由于CAN總線的最大波特率為1Mbit/s,所以這個存儲速度完全能夠滿足要求。核心處理器C167CR還可以通過串口模塊與PC機(jī)通訊,在PC機(jī)與串口之間需要連接一個RS232轉(zhuǎn)換電路。這樣存儲在USB閃存上的數(shù)據(jù)文件可以方便的傳入PC機(jī),以便進(jìn)行后續(xù)處理。
聯(lián)機(jī)模式用戶將分析儀通過串口與232轉(zhuǎn)換電路與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作時,除了具有單機(jī)模式下的所有功能外,還具有更好的人機(jī)交互界面。它通過串口接收PC機(jī)的控制命令,同時將自己檢測到的總線狀態(tài),接收到的通信數(shù)據(jù)回傳給PC機(jī)。此時,由PC機(jī)提供人機(jī)交互界面,用戶通過PC機(jī)觀察總線狀態(tài)和數(shù)據(jù),并通過PC機(jī)設(shè)置各種參數(shù),這些參數(shù)也同步保存在非易失RAM中。在通信數(shù)據(jù)存儲方面,分析儀可以用單機(jī)模式的技術(shù)直接將數(shù)據(jù)存儲到USB閃存中,也可以通過串口由PC機(jī)將數(shù)據(jù)保存到計算機(jī)硬盤內(nèi)。此種模式的優(yōu)點是顯示界面更為友好,用戶操作更加靈活、方便。
見圖2分析儀的核心處理器C167CR電路原理圖。該處理器集成有CAN總線控制器模塊,能夠?qū)z測到的CAN總線的位流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,以便核心處理器進(jìn)行下一步處理。
圖3所示,由于CAN總線控制器模塊集成在了核心處理器C167CR內(nèi)部,所以CAN通信部分電路主要包括CAN總線收發(fā)器82C250(U503),該收發(fā)器主要用于變換接收和發(fā)送數(shù)據(jù)兩種傳輸方式。為了使CAN總線的波動不會對分析儀的電路產(chǎn)生影響,本實用新型還在CAN通信電路中設(shè)計了抗干擾電路,抗干擾功能是由光電耦合器6N137(U501、U502)和共模干擾抑制器ZJYS-2(U504)來實現(xiàn)的。見圖2和圖3,核心處理器C167CR的CAN輸出引腳P4.6與光電耦合器U502的輸入端相連,該光電耦合器的輸出端與總線收發(fā)器U503的發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入端TD相連??偩€收發(fā)器U503的接收數(shù)據(jù)輸出端RD連接到光電耦合器U501的輸入端,該光電耦合器的輸出端連接到C167CR的CAN輸入引腳P4.5上。光電耦合器U501、U502和CAN總線收發(fā)器與核心處理器C167CR之間的電源需要隔離,這里通過一個DCP0105型DC/DC轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。通過使用光電耦合器U501、U502和DC/DC轉(zhuǎn)換器DCP0105,核心處理器C167CR接收和發(fā)送的信號與CAN總線上傳輸?shù)男盘枌崿F(xiàn)了光電隔離,提高了整個電路抗干擾的能力。在此基礎(chǔ)上基于電磁干擾理論和實際實驗,我們還增加了更為有效的抗干擾電路,在CAN總線收發(fā)器U503的CANH(CAN電壓高)和CANL(CAN電壓低)兩個端口之間連接共模抑制器U504,并分別通過濾波電容C503和C504接到隔離后的電源地GNDA。共模抑制器U504另一側(cè)兩個端口OUT1和OUT2也分別通過濾波電容C505和C506與隔離后的電源地相連,并各自連接到一個瞬變電壓抑制二極管(TVS)(其型號為P6KE6.8CE)的負(fù)極,這兩個瞬變電壓抑制二極管(TVS)D500和D501的正極與隔離后的電源地相連。終端并聯(lián)兩個電阻R503和R504,并由跳線塊決定是否接入電路中。兩個電阻的連接處經(jīng)過一個的電容C507與隔離后的電源地相連。分析儀與CAN總線采用DB9九針連接器相連。當(dāng)CAN總線使用帶有屏蔽層的雙絞線時,屏蔽層經(jīng)過九針連接器通過電阻R505和電容C513與隔離后的電源地相接。采用如前所述的抗干擾電路設(shè)計后,系統(tǒng)抗干擾能力明顯增強,經(jīng)過電磁兼容實驗證明,數(shù)據(jù)出錯率從千分之幾降到百萬分之幾。
另外,本實用新型還針對核心處理器具有的比較/捕捉功能,配合相應(yīng)的軟件處理,使其能夠自動偵測CAN總線的波特率。圖2和圖3所示,核心處理器C167CR的CAN接收引腳P4.5與C167CR的IO端口P7.6和P7.7相連。P7.6和P7.7分別是核心處理器C167CR比較捕捉模塊的輸入引腳。當(dāng)接收引腳P4.5上的信號發(fā)生負(fù)跳變時,觸發(fā)比較捕捉模塊的捕獲中斷,計數(shù)器PT0(PWM模塊計數(shù)器的精度最高,所以選用它作為計數(shù)器)開始計數(shù),當(dāng)接收引腳P4.5上的信號發(fā)生正跳變時,觸發(fā)比較捕捉模塊31單元的捕獲中斷,計數(shù)器PT0停止計數(shù)。計數(shù)器PT0的值乘以處理器機(jī)器周期就得到CAN信號顯性位的持續(xù)時間,多次測量(測量次數(shù)大于100),其最小值就是一個顯性位的持續(xù)時間(可以通過對CAN協(xié)議ISO11898的分析得到,這里不再詳述),從而得到當(dāng)前CAN網(wǎng)絡(luò)采用的波特率,實現(xiàn)了CAN總線波特率的自動偵測。
圖4所示,本實用新型采用了Cypress公司的SL811HS芯片作為USB接口中的主機(jī)(Host)設(shè)備。由于SL811HS是雙角色主機(jī)/外圍設(shè)備的嵌入式USB控制器,只要采用USB2.0規(guī)范的補充協(xié)議USB On-The-Go,SL811HS就能夠以主機(jī)的身份和單一USB外設(shè)直接通信,而不需要依賴計算機(jī)主機(jī)進(jìn)行通信。
SL811HS芯片的接口電路包括了8位數(shù)據(jù)線,1位地址線(用來區(qū)別地址和數(shù)據(jù),當(dāng)A0為低時表示對地址操作,當(dāng)A0為高時表示對數(shù)據(jù)操作)。SL811HS芯片接了48M的外部晶振,因此CM引腳應(yīng)該接地使得4倍內(nèi)部時鐘乘法器無效。為了讓SL811HS芯片工作在主機(jī)(Host)設(shè)備模式,SL811HS芯片的M.S引腳應(yīng)該接地,且DATA+和DATA-引腳均要連接下拉電阻(R404和R405)到地。SL811HS芯片的復(fù)位引腳nRST與C167CR的P2.7相連,這樣可以利用P2.7口對SL811HS芯片進(jìn)行復(fù)位,中斷請求引腳INTRQ與C167CR的P2.10(C167CR的外部中斷輸入引腳)相連。另外值得注意的是SL811HS芯片的工作電壓是3.3V,因此需要一個電平轉(zhuǎn)換器件LT1086CM把5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V。
基于上述的硬件電路,為了實現(xiàn)與通用的USB移動存儲器(一般是USB接口的閃速存儲器)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(讀寫、存儲、管理數(shù)據(jù)等),相應(yīng)的軟件系統(tǒng)還應(yīng)該包括閃速存儲器(以下簡稱閃存)驅(qū)動程序和FAT12/FAT16文件系統(tǒng)。為了適應(yīng)不同制造商的閃存有不同的編程算法等等,本實用新型在建立軟件系統(tǒng)時將不同品牌USB閃存的驅(qū)動程序建立在驅(qū)動程序庫中,這樣分析儀就可以面向不同的閃存。FAT12/FAT16文件系統(tǒng)則是在閃存驅(qū)動庫的基礎(chǔ)上把要記錄或者管理的數(shù)據(jù)組織成文件,從而實現(xiàn)對信息存儲空間的組織和分配,信息的保護(hù)和檢索等功能。
圖5所示,非易失RAM存儲模塊包括非易失RAM FM1608(U8)和138譯碼器74LS138(U15)。U15的選擇輸入端A、B、C分別與C167CR的地址線A17、A18、A19相連,輸入使能端的E1和E2與C167CR的片選信號線CS2相連,E3直接連接到VCC。U15的輸出端Y1與U8的使能端CE相連,其余輸出端懸空,可另做他用。U8的數(shù)據(jù)總線D0~D7,地址總線A0~A12,讀寫信號線OE,WE分別與C167CR的數(shù)據(jù)總線D0~D7,地址總線A0~A12,讀寫信號線RD、WR相連。在U8的寫信號線上還連接著一個上拉電阻R20。
本分析儀選用的是128×64的圖形式液晶顯示儀,其型號為MGLS12864T-HT,內(nèi)部控制芯片是T6963。它與核心處理器采用直接方式連接,見圖6,R19用于調(diào)節(jié)液晶的背光電壓。P2.12為液晶的復(fù)位端,通過對P2.12的編程,可以實現(xiàn)對液晶的軟件復(fù)位等操作。FS為液晶字符大小選擇,F(xiàn)S接VCC高電平時,表示液晶采用8×6的點陣,F(xiàn)S接GND低電平時,表示液晶采用8×8的點陣。U93(74LS245)為總線驅(qū)動器件,用來提高總線的驅(qū)動能力。LCDFOR是與液晶顯示儀的接口。
本分析儀使用的是16鍵貼膜鍵盤,它的8個引腳通過10k歐姆的電阻上拉到VCC上,與核心處理器C167CR的I/O引腳P8.0~P8.7相連。
本分析儀的系統(tǒng)輔助電路包括電源電路,外擴(kuò)RAM和Flash電路。電源為電源電路,外擴(kuò)RAM容量為128K字節(jié),型號為IS61C12816。外擴(kuò)Flash容量為512k字節(jié),型號為AM29F400BB70SI。
本實用新型將復(fù)雜的基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷和數(shù)據(jù)記錄功能在單片機(jī)系統(tǒng)上完整實現(xiàn),為CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的工具。本實用新型還具有具有成本低,性能穩(wěn)定,適用性廣,攜帶方便的優(yōu)點,非常適用于車用CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析和故障診斷。
權(quán)利要求1.基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀,含有核心處理器和總線收發(fā)器,其特征在于,所述CAN總線分析記錄儀是可以獨立于PC機(jī)工作的分析記錄儀,它還含有與所述核心處理器連接的液晶顯示儀、鍵盤、USB主機(jī)接口以及用于存儲設(shè)置的非易失RAM;所述USB主機(jī)接口用于連接外部USB存儲器,并將配制文件存儲到USB存儲器中。
2.如權(quán)利要求1所述的基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀,其特征在于,還含有抗干擾電路,所述抗干擾電路是連接在所述核心處理器和所述總線收發(fā)器之間的收、發(fā)信號端的兩個光電耦合器;以及連接在所述總線收發(fā)器和CAN總線之間的共模抑制器,所述總線收發(fā)器通過兩個連接被隔離地的接濾波電容與所述共模抑制器相連,所述共模抑制器還通過另兩個連接被隔離地的濾波電容和兩個正端共同連接被隔離地的瞬變電壓抑制二極管與CAN總線相連;所述被隔離地是與上述核心處理器相隔離的地。
3.如權(quán)利要求1所述的基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀,其特征在于,所述USB主機(jī)接口中的接口芯片的型號為SL811HS,該芯片的數(shù)據(jù)端與所述核心處理器相連。
4.如權(quán)利要求1所述的基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀,其特征在于,所述核心處理器的型號為C167CR。
5.如權(quán)利要求1所述的基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀,其特征在于,所述總線收發(fā)器的型號為82250。
6.如權(quán)利要求1所述的基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀,其特征在于,所述液晶顯示儀的型號為MGLS1286T-HT。
專利摘要基于USB接口的便攜式CAN總線分析記錄儀涉及到基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷以及通信數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)領(lǐng)域。其特征是,它是可以獨立于PC機(jī)工作的分析記錄儀,它還含有與核心處理器連接的液晶顯示儀、鍵盤、USB主機(jī)接口以及用于存儲設(shè)置的非易失RAM;USB主機(jī)接口用于連接外部USB存儲器,并將配制文件存儲到USB存儲器中。還設(shè)計了抗干擾電路,在核心處理器和總線收發(fā)器之間連接了光耦,在總線收發(fā)器和總線之間連接了共模抑制器。本實用新型將復(fù)雜的基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷和數(shù)據(jù)記錄功能在單片機(jī)系統(tǒng)上完整實現(xiàn),具有抗干擾能力強,攜帶方便等優(yōu)點。
文檔編號G06F13/14GK2638142SQ0320872
公開日2004年9月1日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者朱元, 田光宇, 周偉波, 吳昊, 陳全世, 歐陽明高 申請人:清華大學(xué)
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