曾璐陽(yáng)

（武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430070）

基于 STM32 的 CAN 總線 /RS232 接口轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

曾璐陽(yáng)

（武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430070）

RS232 接口和 CAN 總線等通信技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，但是各有優(yōu)缺點(diǎn)。RS232 的接口容易受損，而在一般上位機(jī)上并沒有CAN總線的接口。所以本設(shè)計(jì)主要提出了基于STM32的CAN總線/RS232接口的轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，以SN65HVD230芯片為 CAN 總線收發(fā)器，MAX3232 實(shí)現(xiàn) RS232 的電平轉(zhuǎn)換。

CAN/RS232 轉(zhuǎn)換器；STM32；SN65HVD230；MAX3232

在現(xiàn)代工業(yè)控制中，RS232 接口和 CAN 總線等通信技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。RS232 適合用于短距離的傳輸，雖然成本低廉，但其接口容易受損。CAN 總線有著組網(wǎng)簡(jiǎn)單、傳送距離遠(yuǎn)、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，但是一般的上位機(jī)并沒有 CAN 接口。所以本文提出了一種基于 STM32 微控制器的 CAN/ RS232 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。

1 硬件設(shè)計(jì)

（1） 硬 件 方 案 設(shè) 計(jì)。 本 設(shè) 計(jì) 中，CPU 為STM32 芯片，CAN 總線的收發(fā)器為 SN65HVD230芯片，RS232 的電平轉(zhuǎn)換則用 MAX3232 實(shí)現(xiàn)。具體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

（2）CPU 介紹。本設(shè)計(jì)選用的 CPU 是意法半導(dǎo)體公司的 STM32F103VC 芯片，其最高的工作頻率可達(dá) 72MHz，內(nèi)部集成有 512KB 的閃存以及64KB 的靜態(tài) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。具有 足夠的 I/O 口資源，且內(nèi)嵌有 CAN2.0B 主動(dòng)接口，可以滿足功能要求。STM32 與 CAN 收發(fā)器之間選用光電耦合器進(jìn)行隔離，從而提高系統(tǒng)抗干擾性。

（3）RS232 電平轉(zhuǎn)換。STM32 內(nèi)置有 USART模 塊， 完 全 支 持 RS-232 協(xié) 議。 但 是，STM32 的TTL 電 平 與 RS-232 電平 的 邏 輯 電 平 定義 不 同，兩者之間并不兼容，因此不能直接連接。所以，本 設(shè)計(jì) 選 用 電 平轉(zhuǎn) 換 芯 片 MAX3232DR 芯 片，實(shí)現(xiàn) RS-232 電 平和 TTL 電 平 之間 的 相互 轉(zhuǎn) 換。MAX3232DR 芯片的功能與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MAX232 相兼容，并且相比于傳統(tǒng)的 MAX232 的 5V 供電，MAX3232DR 在 3.3V 電壓下就可以正常工作了，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，具體電路如圖2所示。

圖2 RS232 通新電路

在進(jìn)行 RS-232 通訊時(shí)一般只需要 RxD、TxD以及地線即可，設(shè)計(jì)時(shí)簡(jiǎn)化了其余的接口設(shè)計(jì)。芯片的外圍電路最少需要4個(gè)電容工作，其中包括一對(duì)浮動(dòng)電容（C113，C114）和一對(duì)存儲(chǔ)電容（C115，C116）來(lái)產(chǎn)生 V+ 和 V-的電源。在實(shí)際應(yīng)用中，由于芯片對(duì)電源的噪聲比較敏感，所以需要在 VCC上對(duì)地加上一個(gè)去耦電容（C117），所有電容都選用 0.1uf的電解電容。

（4）CAN 收 發(fā) 器 SN65HVD320。 一 般 CAN總線上被稱為 CAN_H 和 CAN_L 兩條信號(hào)線的信號(hào)均使用差分電壓進(jìn)行傳送，這兩條信號(hào)線在靜態(tài)時(shí)電壓均為 2.5V 左右，該時(shí)刻的狀態(tài)表示為邏輯“1”，稱作隱性電平；當(dāng) CAN_H 的電平比 CAN_L的電平高的時(shí)候，該時(shí)刻的狀態(tài)表示為邏輯“0”，稱作顯性電平。一般此時(shí) CAN_H 的電平為 3.5V，而 CAN_L 的電平為 1.5V。

本次設(shè)計(jì)中使用的是 SN65HVD230 芯片，是TI公司生產(chǎn)的 3.3V 的 CAN 總線收發(fā)器，其具有差分收發(fā)能力，最高速率可達(dá) 1Mb/s，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。具體的CAN 電路設(shè)計(jì)如圖3所示，在 CAN 總線終端并聯(lián)一個(gè)電阻，伺服系統(tǒng)并行連接到 CAN 總線上且可通過(guò)跳線帽選擇是否接入到網(wǎng)絡(luò)中。

圖3 CAN 收發(fā)器電路原理

2 軟件設(shè)計(jì)

由于轉(zhuǎn)換器分別連接 CAN 和 RS232，所以軟件設(shè)計(jì)的主要目的是數(shù)據(jù)在兩種協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)還要保證穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

為了與其他 CAN 接口能夠更好的兼容，本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn) CAN2.0 協(xié)議。主程序的流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括設(shè)置 CAN 接口通信波特率為 80kbs，USART 波特率為 9600kbs，同時(shí)設(shè)置 USART 優(yōu)先級(jí)低于 CAN 接口接收中斷優(yōu)先級(jí)。

while 死循環(huán)構(gòu)成整個(gè)程序的主循環(huán)，首先判斷CAN 緩存區(qū)有無(wú)數(shù)據(jù)，如有數(shù)據(jù)則進(jìn)入 CAN 接收中斷子程序，并將其轉(zhuǎn)換成 USART 格式，同時(shí)送至發(fā)送緩沖區(qū)，確保其能用 USART 輸出；如無(wú)數(shù)據(jù)則先判斷 USART 緩存區(qū)有無(wú)數(shù)據(jù)，如有數(shù)據(jù)，則將其轉(zhuǎn)換成 CAN 格式，并送至發(fā)送緩沖區(qū)，同時(shí)調(diào)用 CAN來(lái)發(fā)送服務(wù)程序，

服務(wù)程序?yàn)?CAN 主動(dòng)發(fā)送，首先按照制定好的通信協(xié)議將待發(fā)送數(shù)據(jù)有序地放入發(fā)送數(shù)組中，然后配置標(biāo)識(shí)符并選擇一個(gè)空的發(fā)送郵箱，最后再調(diào)用 CAN 發(fā)送子函數(shù)即可。

3 實(shí)際應(yīng)用

在諸多領(lǐng)域中，都有 RS232/CAN 轉(zhuǎn)換器的使用之處。實(shí)際應(yīng)用中將轉(zhuǎn)接器的 CAN_H 和 CAN_ L連接到外設(shè)通信設(shè)備的 CAN 接口上，并將轉(zhuǎn)換器的 RS232 串口線連接到上位機(jī)的串口。

實(shí)驗(yàn)證明，串口通信波特率一般在1200～38400bps，而CAN通信波特率正常范圍一般在 5～800kbps 之間。

4 結(jié)語(yǔ)

本 設(shè) 計(jì) 選 用 STM32 作 為 CPU 來(lái) 設(shè) 計(jì) 一 款CAN/RS232 轉(zhuǎn) 換 器，SN65HVD230 芯 片 為 CAN總線收發(fā)器，MAX3232 實(shí)現(xiàn) RS232 的電平轉(zhuǎn)換，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，本設(shè)計(jì)安全可靠且速度穩(wěn)定，擁有一定的實(shí)用價(jià)值。

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