[发明专利]基于USB转高速CAN和UART串口的电路及串口接收状态的转换方法

说明书

技术领域

本发明实现USB转TTL串口，转CAN总线双层功能，方便在电脑端分析CAN总线数据，同时方便调试CAN总线设备。属于通信领域。

背景技术

CAN是Controller Area Network的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

但目前CAN总线与上位机的连接很不方便，普遍采用RS232、RS485和ISA等传统接口技术，一直缺乏和主机高速便利连接的接口技术。USB技术具有传输速度快、灵活(4种传输类型：控制、块、中断、等时传输和3种传输速度，可适用于多种外设)、易于使用(自动配置，即插即用，可进行热插拔)、双向、同步传输等优点。随着PC的发展，USB总线已成为PC的主要接口标准，将逐渐取代其他传统接口。如果将接口设计成为CAN监控网络接口的一种，将极大地方便CAN总线的应用。

采用Usb转CAN和UART串口的模块，PC机可以通过USB总线连接至CAN网络，构成实验室、工业控制、智能小区等CAN网络领域中的数据采集与数据处理。

现有的Usb转CAN和UART串口的实现大多是采用89C52等其他类单片机，或使用了不必要的电源转换电路和多路光电耦合用来隔离，如图1，所示对于芯片和差分信号的使用和理解不够深刻，体积过大不方便携带，不能保证即插即用，对于协议的编写也不够理想，时常发生协议层与物理层的冲突，或采用低调的USB转串口芯片，影响了整体芯片性能和谐，不兼容win7，64位系统，通信效率低下，整体的设计成本过高，产品化不够标准，抗干扰不够过硬，通信效率不够高等问题很多CAN卡容易掉线或者死机。在CAN总线发展如此迅速的今天，实在造成了不必要的浪费和阻碍，间接的阻扰了诸如车载导航，ABS等高速CAN的使用，又造成了低速CAN总线的浪费。

发明内容

本发明是为了解决现有的USB转CAN总线设计冗杂，效率低，通信方案不够合理的问题。而提出基于USB转高速CAN和UART串口的电路及串口接收状态的转换方法。

基于USB转高速CAN和UART串口的电路，它包括USB转UART电路、微控制器电路和CAN总线驱动器电路，

所述USB转UART电路的串口信号输出端连接微控制器电路的串口信号输入端，微控制器电路的驱动信号输出端连接CAN总线驱动器电路的驱动信号输入端。

基于USB转高速CAN和UART串口的电路实现串口接收状态的转换方法，该串口接收状态的转换过程为：

USB转UART电路将数据传给微控制器电路，微控制器电路的串口接收时采用状态机的方式实现，状态机的状态包括：空闲状态、第一条报文状态、有效报文状态、控制报文状态和结束报文状态，其中，

当空闲状态接收到数据位OXAA时，跳转到第一条报文状态；

当第一条报文状态接收到有数据位OXAA进入时，跳转到有效报文状态；当第一条报文状态没有接收到数据位OXAA进入时，跳转到空闲状态；

当有效报文状态接收到数据位OXAA时，跳转到空闲状态；当有效报文状态接收到有控制字符0XA5进入时，跳转到控制报文状态，当有效报文状态接收到有校验位0X55进入时，跳转到结束报文状态；

当控制报文状态接收到有控制字符0XA5、数据位0XAA和校验位0X55进入时，跳转到有效报文状态，当控制报文状态没有接收到有控制字符0XA5、数据位0XAA和校验位0X55进入时，跳转到空闲状态；

当结束报文状态接收到有校验位0X55进入时，跳转到结束报文状态，当结束报文状态没有接收到有校验位0X55进入时，跳转到空闲状态；