技术文章—MCU如何扩展CAN或者CAN FD接口?
摘要:在嵌入式产品开发过程中,可能会面临CAN路数不够的问题。如何选择合适的转换模块解决这个问题呢?以下将为您讲解几款模块的选型方法。
应用场景CAN总线是优秀的现场总线之一,已由当初的汽车电子扩散到各行各业。从工业自动化到新能源,从轨道交通再到航空航天,CAN总线技术在中国不断的应用和沉淀。
图1 CAN总线数据帧结构
当应用CAN总线时,我们可能会面临以下问题:主控制器没有支持CAN控制器或者CAN路数不够。具体问题表现:早期产品通信使用的是RS485或RS232通信,现阶段需要将产品升级到能支持到CAN通信;受制于成本限制,主控MCU必须选择低端处理器,本身不带CAN控制器;开发的产品中需要的CAN路数远远大于2路,能支持两路以上CAN的MCU型号有限或成本过高。
图2 LPC系列间CAN路数对比
图3 多路CAN应用场景
当MCU内部没有支持CAN控制器或者所需的CAN路数不能满足要求时,可以选择使用其他通信接口拓展CAN接口出来。常见的转换方法有串口转CAN、以太网转CAN、WIFI转CAN以及光纤转CAN,本文主要为大家介绍串口转CAN的思路和方法。
图4 CAN转换器产品
如何选型串口扩CAN的模块大体分为两种形式,一种是单纯的协议控制器芯片实现,如MCP2515和MCP2517;另一种是通过高性能的MCU实现。相比于单纯的协议控制器芯片,MCU方案的协议转换模块拥有以下优势:配置简便,配合上位机或串口指令集,几个简单的串口数据发送即可完成配置;缓存较大,在高速或数据吞吐量大时杜绝丢帧现象发生;性能优异,将复杂的协议转换及帧缓存完全集成于用户MCU之外,可减少用户MCU负担。
ZLG立功科技·致远电子推出的串口转CAN模块主要有CANFDSM、CSM300两个系列,选型工作如何入手,我们从他们之间的区别入手。CANFDSM是最新一代的串口转CANFD模块,在能匹配当前热门的CANFD基础上,还能完全兼容传统的CAN2.0协议。因此,如果您的产品选定的是CANFD协议,则只能使用新一代的CANFDSM模块。
图5 链路层协议区别
如果产品中使用的是CAN2.0A或者CAN2.0B协议,我们继续对比选择。CANFDSM不带CAN或者CANFD收发器,用户需自行增加隔离或者不隔离的收发器模块。而CSM300内部集成有CAN隔离收发器、CAN控制器,因此可以直接连接MCU与CAN总线。
图6 CSM300与CANFDSM内部器件情况
以上讨论的情况是针对板载需求的应用,对于需要直接应用在设备中的场合又该如何选择呢?CANCOM或者CANFDCOM绝对是您的首选。CANFDCOM接口卡的1~2通道CAN FD接口均自带2500VDC电气隔离,静电等级为接触放电±8KV,浪涌±1KV,可有效避免因为不同节点地电位不同导致的回流损坏,特别适合于电动汽车与列车的测试。
图7 串口转CAN设备
应用电路以CANFDSM-100为例 ,该类模块通用应用方式如下下。协议转换模块直接与MCU通过UART的TX、RX交叉连接通信,PIN3、PIN4通过CAN隔离收发器CTM3FD连接到外部CAN总线上。需要注意的是,模块在使用前需要进行参数配置,使用PIN7使模块进入配置状态后再配合MCU的AT指令即可完整参数配置。此外,配合上位机软件亦可快速完成参数配置。
图8 应用电路
图9 CANFDSM-100管脚定义
协议转换格式串口转CAN模块提供透明转换、透明带标识、自定义协议等转换形式.
一文带你读懂UART、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB
UART、I2C、RS485……这些通信虽然都普遍在用,但解释起来也是模棱两可,觉得有必要整理一下,目的是巩固和区分。文章有点长,建议先收藏,需要的时候再拿出来看。
UART通用异步收发器
UART口指的是一种物理接口形式(硬件)。
UART是异步 ,全双工 串口总线。它比同步串口复杂很多。有两根线,一根TXD用于发送,一根RXD用于接收。
UART的串行数据传输不需要使用时钟信号来同步传输,而是依赖于发送设备和接收设备之间预定义的配置。
对于发送设备和接收设备来说,两者的串行通信配置应该设置为完全相同。
起始位:表示数据传输的开始,电平逻辑为“0” 。
数据位:可能值有5、6、7、8、9,表示传输这几个bit 位数据。一般取值为8,因为一个ASCII 字符值为8 位。
奇偶校验位:用于接收方对接收到的数据进行校验,校验“1” 的位数为偶数(偶校验) 或奇数(奇校验),以此来校验数据传送的正确性,使用时不需要此位也可以。
停止位:表示一帧数据的结束。电平逻辑为“1”。
如果用通用IO口模拟UART总线,则需一个输入口,一个输出口。
小编整理不易,可多多转发点赞哦!
关注+后台私信【资料】,获取学习资料免费领取方式
I2C总线
I2C总线是一种同步 、半双工 双向的两线式串口总线。它由两条总线组成:串行时钟线SCL和串行数据线SDA。
SCL线——负责产生同步时钟脉冲。
SDA线——负责在设备间传输串行数据。
该总线可以将多个I2C设备连接到该系统上。连接到I2C总线上的设备既可以用作主设备,也可以用作从设备。
主设备负责控制通信,通过对数据传输进行初始化,来发送数据并产生所需的同步时钟脉冲。从设备则是等待来自主设备的命令,并响应命令接收。
主设备和从设备都可以作为发送设备或接收设备。无论主设备是作为发送设备还是接收设备,同步时钟信号都只能由主设备产生。
如果用通用IO口模拟I2C总线,并实现双向传输,则需一个输入输出口(SDA),另外还需一个输出口(SCL)。
SPI串行外设接口
SPI总线是同步、全双工 双向的4线式串行接口总线。它是由“单个主设备+多个从设备”构成的系统。
在系统中,只要任意时刻只有一个主设备是处于激活状态的,就可以存在多个SPI主设备。常运用于AD转换器、EEPROM、FLASH、实时时钟、数字信号处理器和数字信号解码器之间实现通信。
为了实现通信,SPI共有4条信号线,分别是:
(1)主设备出、从设备入(Master Out Slave In,MOSI):由主设备向从设备传输数据的信号线,也称为从设备输入(Slave Input/Slave Data In,SI/SDI)。
(2)主设备入、从设备出(Master In Slave Out,MISO):由从设备向主设备传输数据的信号线,也称为从设备输出(Slave Output/Slave Data Out,SO/SDO)。
(3)串行时钟(Serial Clock,SCLK):传输时钟信号的信号线。
(4)从设备选择(Slave Select,SS):用于选择从设备的信号线,低电平有效。
SPI 的工作时序模式由CPOL(Clock Polarity,时钟极性)和CPHA(Clock Phase,时钟相位)之间的相位关系决定,CPOL 表示时钟信号的初始电平的状态,CPOL 为0 表示时钟信号初始状态为低电平,为1 表示时钟信号的初始电平是高电平。CPHA 表示在哪个时钟沿采样数据,CPHA 为0 表示在首个时钟变化沿采样数据,而CPHA 为1 则表示在第二个时钟变化沿采样数据。
UART、SPI、I2C比较
①I2C线更少,比UART、SPI更为强大,但是技术上也更加麻烦些,因为I2C需要有双向IO的支持,而且使用上拉电阻,抗干扰能力较弱,一般用于同一板卡上芯片之间的通信,较少用于远距离通信。
②SPI实现要简单一些,UART需要固定的波特率,就是说两位数据的间隔要相等,而SPI则无所谓,因为它是有时钟的协议。
③I2C的速度比SPI慢一点,协议比SPI复杂一点,但是连线也比标准的SPI要少。
④UART一帧可以传5/6/7/8位,I2C必须是8位。I2C和SPI都从最高位开始传。
⑤SPI用片选信号选择从机,I2C用地址选择从机。
RS232串口通信
传输线有两根,地线一根。电平是负逻辑:
-3V~-15V逻辑“1”,+3V~+15V逻辑“0”。
RS-232串口通信传输距离15米左右。可做到双向传输,全双工通讯,传输速率低20kbps 。
下图是DB9公头和母头的定义,一般用的最多的是RXD、TXD、GND三个信号。
TTL和RS-232互转
单片机接口一般是TTL电平,如果接232电平的外设,就需要加TTL转RS232的模块。如下图,可用芯片MAX232进行转换。
小编整理不易,可多多转发点赞哦!
关注+后台私信【资料】,获取学习资料免费领取方式
RS422串口通信
RS-422有4根信号线:两根发送、两根接收和一根地线。全双工通信。
它有一个主设备,其余为从设备,从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。
RS485串口通信
RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。
采用两线半双工传输,最大速率10Mb/s,电平逻辑是两线的电平差来决定的,提高抗干扰能力,传输距离长(几十米到上千米)。
+2V~+6V逻辑“1”,-2~-6V逻辑“0”。
TTL转成RS-485很常见,比如MAX485,参考电路如下:
RE引脚:接收器输出使能(低电平有效)。
DE引脚:发送器输出使能(高电平有效)。可以直接通过MCU的IO端口控制。
TTL
嵌入式里面说的串口,一般是指UART口。4个pin(Vcc,GND,RX,TX),用TTL电平。
PC中的COM口即串行通讯端口,简称串口。9个Pin,用RS232电平。
串口、COM口是指物理接口形式(硬件)。而TTL、RS-232、RS-485是指电平标准(电信号)。
单片机与PC通讯示意图如下:
CAN总线
CAN是控制器局域网络的简称,是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。CAN总线的功能复杂且智能。主要用于汽车通信。
CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L,各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输,为了避免信号的反射和干扰,还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻。
每一个设备既可做主设备也可做从设备。CAN总线的通信距离可达10千米(速率低于5Kbps),速度可达1Mbps(通信距离小于40M)。
小编整理不易,可多多转发点赞哦!
关注+后台私信【资料】,获取学习资料免费领取方式
CAN电平逻辑
CAN总线采用"线与"的规则进行总线冲裁,1&0为0,所以称0为显性,1为隐性。
从电位上看,因为规定高电位为0,低电位为1,同时发出信号时实际呈现为高电位,从现象上看就像0覆盖了1,所以称0为显性,1为隐性。
USB通信串行总线
USB接口最少有四根线,其中有两根是数据线,而所有的USB数据传输都是通过这两根线完成。它的通信远比串口复杂的多。
两根数据线采用差分传输,即需要两根数据线配合才能传输一个bit,因此是半双工通信,同一时间只能发送或者接收。
USB 规定,如果电压电平不变,代表逻辑1;如果电压电平变化,则代表逻辑0。
USB转TTL
一般USB转串口都是用CH340G芯片。
用串口通信比USB简单,因为串口通信没有协议。
SD卡
SD卡是一种存储卡,可用于手机作为内存卡使用。
嵌入式中,单片机与SD卡通信有两种模式:
1. SPI总线通信模式;
2. SD总线通信模式。
值得注意的是,SD总线模式中有4条数据线;SPI总线模式中仅有一条数据线(MOSI和MISO不能同时读数据,也不能同时写数据);这样在嵌入式中,单片机与SD卡通信时采用SD总线模式比SPI总线模式速度快几倍。
1-WIRE总线
1-Wire由美国Dallas(达拉斯)公司推出,是一种异步半双工串行传输。采用单根信号线,既传输时钟又传输数据,而且数据传输是双向的。
单总线的数据传输速率一般为16.3Kbit/s,最大可达142 Kbit/s,通常情况下采用100Kbit/s以下的速率传输数据。
1-Wire线端口为漏极开路构或三态门的端口,因此一般需要加上拉电阻Rp,通常选用5K~10KΩ
主要应用在:打印墨盒或医疗消耗品的识别;印刷电路板、配件及外设的识别和认证。
DMA直接存储器访问
DMA是STM32内的一个硬件模块,它独立于CPU,在外围设备和内存之间进行数据传输,解放了CPU,可使CPU的效率大大提高。
它可以高速访问外设、内存,传输不受CPU的控制,并且是双向通信。因此,使用DMA可以大大提高数据传输速度,这也是ARM架构的一个亮点——DMA总线控制。
DMA就相应于一条高速公路,专用、高速的特性。如果不使用DMA,也可以达到目的,只是达到目的的时间比较长。
Ethernet以太网
以太网是目前应用最普遍的局域网技术。
大家知道,以太网接口可分为协议层和物理层。
协议层是由一个叫MAC(Media Access Layer)控制器的单一模块实现。
物理层由两部分组成,即PHY(Physical Layer)和传输器。
目前很多主板的南桥芯片已包含了以太网MAC控制功能,只是未提供物理层接口。因此,需外接PHY芯片以提供以太网的接入通道。
网络变压器的作用是:
耦合差分信号,抗干扰能力更强;
变压器隔离网线端不同设备的不同电平,隔离直流信号。
以太网接口参考电路:
(来源:网络,版权归原作者所有,侵删)
相关问答
RS485转CAN怎么实现?-ZOL问答
RS485转CAN是指以RS485通讯与CAN通讯之间的互通互联,实现两种不同协议通讯之间的数据交互,现在市面上有实现该功能的转换器,我之前工程项目里用过一款CANCOM-10...
串口如何和CAN总线设备通信_其他问答_系统粉
串口可以和CAN总线进行通信前提是需要一个CAN总线网关设备,广成科技的串口转CAN模块就能实现这一功能串口可以和CAN总线进行通信前提是需要一个C...
CAN转串口的价格大概是多少?还请不吝赐
[回答]CAN转串口具体价格需要根据您的需求进行配置才能报价哦,建意您电话咨询渠道进行来了解。建议您先了解CAN转串口产品以后,再根据具体需求去电话咨询...
RS232设备组网方法,转成485总线好,还是以太网好?
是项目的传输距离、台数和现场情况而定1、转485,那么只能轮询,效率较慢,单个节点增加成本低,传输可靠性一般,不适用于干扰场合2、转TCP,速度和效率能提高,...
CAN通讯与PWM通讯区别-198****4673的回答-懂得
串口、并口不一样
急急急:串口转can价格贵吗?
[回答]CANFDRS-100IE智能协议转换器可以快S将RS232/通讯设备连接到CAN(FD)-BUS现场总线。转换器波特率支持300-921600bps和1K-5Mbps的CAN(FD)-bus...
sc3080s芯片静态参数?
SC3080S芯片是一款数字信号处理器,主要用于音频处理应用。以下是该芯片的一些静态参数:1.处理能力:每秒可以执行200亿次浮点数运算。2.存储容量:可存储8MB...
can口和串口区别?
先说一下CAN信号,can一般有两个线,can高和can低;can信号是差分信号,正常去测量can高和can低的时候都是2.5V的电压;当有信号的时候,我们用差分的示波器去去...
ic847控制板有啥用?
你好,IC847控制板是一种电子控制板,通常用于工业自动化设备中的控制系统。它具有以下用途:1.控制功能:IC847控制板可以根据预设的参数和程序,控制设备的运...
s19文件是什么文件?
将硬件连接好。打开安装文件夹,找到Prog文件夹下的hiwave.exe。双击打开hiwave,你看就和你平时下程序的界面一样了吧。选择Component菜单下的SetConnection...