[摘要]隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，外圍接口由廣泛使用的RS232串口逐漸發(fā)展到性能更加優(yōu)越的USB接口。而在工業(yè)總線領域，CAN總線憑借其自身的優(yōu)越性， 已經(jīng)成為國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，相比之下傳統(tǒng)的RS485總線在實際工業(yè)設備中仍存在不少，井未退出歷史的舞臺。通過協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，可以實現(xiàn)工業(yè)總線之間數(shù)據(jù)通訊的需求以及計算機對工業(yè)控制網(wǎng)絡申的數(shù)據(jù)采集與分析。本文介紹了基于STM32的工業(yè)總線轉(zhuǎn)換器的硬件設計，為轉(zhuǎn)換器的進一步研究與應用奠定了基礎。
　　[關鍵詞]轉(zhuǎn)換器；CAN：USB；RS232／485
　　[中圖分類號]了P3347 [文獻標識碼]A
　　[文章編號]1007―4309(2010)08―0148―1.5
　　
　　一、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　
　　轉(zhuǎn)換器的硬件設計包括一個UsB接口、一個CAN接口、一個RS485接口和一個RS232接口，可以通過相應的硬件選擇并配合軟件程序?qū)崿F(xiàn)兩種接口之間的數(shù)據(jù)通訊，在兩種總線之間起到橋梁的作用。所有模塊之間都通過STM32微控制器的異步串行收發(fā)器(UART)連接，對于嵌入式系統(tǒng)，UA只丁具有操作簡單、工作可靠、抗干擾能力強及廉價的特點，是微處理器和其他模塊通訊的最佳方式，UARTl用于連接RS232模塊，UART2用于兩個微處理器互連，UART3用于連接RS485模塊，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖l。
　　STM32微控制器內(nèi)部集成了USB設備接口和CAN總線接口，但由于USB和CAN共享了一個專用的512Bytes的SRAM內(nèi)存，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受，所以它們不可能在一個芯片上同時被使用，必須分別使用兩個芯片。USB模塊使用一片STM32F103C8微控制器的內(nèi)置USB設備，CAN模塊使用另一片STM32F103C8微控制器的內(nèi)置CAN設備，它們之間通過微控制器的UAR7相連。STM32F103C8微控制器提供了3路UAR／接口，其他UAR／接口用來連接RS232和RS485模塊。選用STM32微控制器的內(nèi)部USB設備和CAN總線設備，使得整個轉(zhuǎn)換器的設計電路簡化，穩(wěn)定性提高。
　　
　　
　　二、核心微控制器設計
　　
　　嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式系統(tǒng)的功能軟件集成于硬件系統(tǒng)之中，系統(tǒng)的應用軟件與硬件一體化。在嵌入式系統(tǒng)的硬件設備中，其性能好壞直接決定整個系統(tǒng)的運行效果，與普通工業(yè)控制計算機相比，嵌入式處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。在應用中將微處理器裝在專門設計的電路板上，只保留與嵌入式相關的母板，大幅減小系統(tǒng)的體積和功耗。嵌入式處理器一般具備以下4個特點：第一，對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并目有較短的中斷響應時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核的執(zhí)行時間減少到最低限度。第二，具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。第三，可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器必須具有很低的功耗，而用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此。第四，全世界只有4％的計算機處理芯片用于計算機中，其余都被嵌入式處理器所占據(jù)，它的品種數(shù)量已超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30多個。
　　
　　三、USB模塊設計
　　
　　由于S／M32的高度集成化，包含了USB模塊。其作為其I／O組的一部分，使得USB模塊的電路設計變得簡化。S／M32的USB外圍設備接口實現(xiàn)了USB總線與內(nèi)部APBI總線的連接， 因此只需要將處理器的D+引腳和D一引腳與USB的B型接口相連即可。D／和D一都有串聯(lián)電阻R將USB連接終止。總的電阻值應該為45歐，包括USB控制器的引腳本身的阻抗在內(nèi)。除此之外，我們選用了一個P溝道MOS管FDN338P作為電源的開關，它本身就有軟開啟的功能，可以限制沖擊電流。如果沒有這個軟啟動的保護功能，電路復位的瞬間產(chǎn)生的沖擊電流會使STM32的USB電路遭到損壞。
　　
　　四、CAN模塊設計
　　
　　STM32集成了基礎擴展的CAN外圍設備，用來連接CAN網(wǎng)絡。它支持CAN 2，0A和2，OB協(xié)議，可以用最小的CPU開銷有效地處理大量的接收消息，并滿足發(fā)送消息的優(yōu)先級要求，最高比特率可以達到IMbps。發(fā)送端有3個輸出郵箱，并可配置發(fā)送優(yōu)先級，發(fā)送時提供位于起始幀的時間戳；接受端有兩個FIFO緩沖器，14個過濾器組，并可配置的緩沖器溢出，發(fā)送時也提供位于起始幀的時間戳。
　　CAN控制器與物理總線之間通過CAN收發(fā)器連接，也稱為總線驅(qū)動器。提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。與USB類似，處理器與CAN收發(fā)器連接十分簡單，只需要將處理器的CAN／X引腳與收發(fā)器的D引腳相連，處理器的CANRX引腳與收發(fā)器的R引腳相連即可。電容C208用于VDD33電源去耦。
　　
　　五、RS232模塊設計
　　
　　RS232是目前比較通用的接口標準，實現(xiàn)起來較USB簡單、方便。S／M32微處理器的UAR／接口可輕松通過接口芯片MAX3232完成電子轉(zhuǎn)換。MAX3232的使用極其簡單，因為設計時幾乎沒有什么工作要做，唯一需要的外部支持部件就是電容，以供芯片內(nèi)部的變壓器使用。這些變壓器輸出RS232所需的+12V和-12V電壓。電容C201、C202、C203和C204大小都為。，1uF，C205為VDD33電源去耦電阻，大小也為0，1uF。所有電容都應該盡可能靠近芯片相應的引腳。然后將S／M32微處理器的UAR丁I的串行數(shù)據(jù)線和RS232連接器的信號線相連。實現(xiàn)一個簡單的串口，只需要Rx、h和信號地就可以了。
　　
　　六、RS485模塊設計
　　
　　連接到RS485網(wǎng)絡的接口通過一個收發(fā)器來實現(xiàn)。如Maxim的MAX3485芯片。在網(wǎng)絡的一端，MAX3485有兩個信號A和B，它們是雙絞線的接入點。MAX3485的DI(Data In)和RO(Receiver 0ut)兩個引腳，分別與S／M32微處理器的UAR／2的h和Rx引腳相連接。由于連接到一個公共網(wǎng)絡，它必須能夠在這個網(wǎng)絡上進行監(jiān)聽和傳輸，所以收發(fā)器有兩個控制輸入端：DE(Data Enable)和RE(Receiver Enable)。對DE輸／X--個高電平，則允許DI端的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸，同樣，對輸入廠個低電平，就使接收器可以接收數(shù)據(jù)。DE是高電平有效，而邢是低電平有效，由微處理器的一個I／0引腳控制。
　　
　　七、總結(jié)
　　
　　本文主要設計了一種基于S7M32微控制器的總線轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，結(jié)合STM32豐富的外圍設備借口，使得硬件電路設計變得簡單可靠，如果只實現(xiàn)兩種總線之間的轉(zhuǎn)換，可以方便地裁減不用的接口。結(jié)合移植的u C／OS-II操作系統(tǒng)，設計了完整的串口和CAN總線抽象層模塊，方便整個軟件體系移植到其他處理器。

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