摘 要：CAN总线因其实时性高，且传输距离相对较远，因此在很多监测系统中都有广泛的应用。但CAN总线并不是计算机标准接口，在很多应用场合并不能直接在计算机上观察到采集到的数据，而要使用专用配套的工控机；USB总线是计算机标准接口，即插即用的特性使其使用及其方便。本文介绍的转换卡就是将CAN总线数据接口转换为USB数据接口，使其能够直接与计算机方便连接。
关键词：CAN，USB，转换卡
1. 系统结构
图1所示为转换卡的系统结构。该系统由LPC2368为控制核心，运行CAN、USB设备的固件程序，并进行CAN、USB数据格式的转换。在CAN总线一端，使用收发器与CAN总线上其他的设备进行物理连接；USB设备一端直接与计算机或其他含有USB接口的上位机相连接。
图1 系统结构
2. 硬件设计
2.1 CAN总线接口硬件设计
LPC2368内部集成了两个CAN接口，包括控制器和验收滤波器。该控制器支持CAN2.0A和B两个版本协议，内部包括APB接口、向量中断控制器（VIC）、CAN收发器接口、通用状态寄存器等。
TJA1040是Philips公司生产的高速CAN总线收发器，提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能。
图2 CAN总线收发器接口电路
2.2 USB总线接口硬件设计
LPC2368集成了支持USB2.0协议的全速设备控制器（向下兼容USB1.1协议），包括模拟收发器ATX；串行接口引擎SIE；端点RAM；DMA（Direct Memory Access）引擎。
图3 USB总线接口电路
3. 软件设计
3.1 CAN总线固件程序设计
CAN总线固件程序被划分为三个层次，分别为硬件层、接口层、用户层。
① 硬件层
在CAN总线结构的最底层，是硬件相关操作，包括对CAN控制器的硬件配置，CAN控制器的使能与禁止，CAN复位模式的控制，休眠模式的控制等。
② 接口层
在接口层需要实现的函数包括：创建CAN通道，删除CAN通道，打开CAN通道，关闭CAN通道，数据发送，数据接收，状态查询，中断管理等。
CAN总线设备在创建时需要判断通道号是否存在，并选择通道号。在打开通道函数中，完成波特率、滤波器设置等操作即可使用该通道，进行数据的收发。
3.2 USB数据总线固件程序设计
USB固件程序包含4个层次：用户层、应用层、接口命令层和硬件抽象层。
① USB硬件抽象层
硬件抽象层主要是设置LPC2368内部USB相关的寄存器，完成其硬件配置等。
② USB接口命令层
USB接口命令层为用户程序和应用层提供接口函数以供用户进行底层操作。
③ USB应用层
应用层不但实现了USB协议，而且负责对USB事件进行处理，是实现USB设备功能的核心。其中主要包括：USB中断服务程序、DMA传输、USB全速协议等功能层次模块。
④ 用户层
用户层主要运行应用程序，主要实现用户顶层软件功能，如图形界面等。
3.3 数据格式转换软件设计
通过LPC2368内部集成的数据存储器，构建FIFO通道，通过FIFO控制软件，实现不同数据格式和速率的转换。从CAN总线或者USB数据总线接收到的数据放到FIFO存储器中；当软件检测到某个方向上的FIFO有数据的时候，就从FIFO中取出数据，放置到对应的发送器缓冲区，就可以出发CAN总线或者USB设备控制器的发送。
4. 结论
本转换卡接入计算机时，需要主机驱动程序的支持；在Windows平台下，使用DriverStudio中的DriverWorks工具为该转换卡定制一个驱动，修改其中的GUID、管道数等必要信息，配合固件程序的某些参数设置，即可完成转换卡的加载。
CAN总线转USB总线转换卡能够使用户轻松、直观地从CAN总线设备上获取数据，可避免使用其他专用的工控机监测终端，在一定程度上能够降低成本；并且计算机能够方便进行二次软件开发，增加对数据的分析或其他处理，大大增加了灵活性。
5. 参考文献
[1] 许永和．USB外围设备设计与应用[M]．北京：中国电力出版社，2002．
[2] 臧巨轮，朱长青，王川川．基于USB总线的信号采集卡的软件设计[J]．电子测量技术，2009.6，32（6）：134－136．
[3] 薛圆圆．USB应用开发技术大全[M]．北京：人民邮电出版社，2007：91－181．
[4] 马伟．计算机USB系统原理及其主／从机设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004：7－29．
[5] 周立功．ARM嵌入式系统应用技术笔记——基于LPC2300[M]．广州：广州致远电子有限公司，2008．
[6] 饶运涛，邹继军，王进宏，郑勇芸．现场总线CAN原理与应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007．
作者简介：孙建华(1982-) 河北沧州人，本科，研究方向：计算机专业相关的教学与研究工作。
中国论文网(www.lunwen.net.cn)免费学术期刊论文发表,目录,论文查重入口,本科毕业论文怎么写,职称论文范文,论文摘要,论文文献资料,毕业论文格式,论文检测降重服务。
