專利名稱：基于cf卡的便攜式can總線分析記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀涉及到基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷以及通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)。由于其高性能、高可靠性以及相對(duì)其它現(xiàn)場(chǎng)總線低廉的價(jià)格，已經(jīng)受到廣泛的重視。尤其是在汽車領(lǐng)域，國(guó)際汽車工程協(xié)會(huì)(SAE)為CAN在汽車上的推廣應(yīng)用制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。為了適應(yīng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)設(shè)備是必不可少的。
目前國(guó)內(nèi)還沒有成熟的CAN總線檢測(cè)以及數(shù)據(jù)記錄技術(shù)，所使用的CAN總線分析記錄儀都源于國(guó)外，且都是基于PC機(jī)的，例如德國(guó)Vector公司的CANalyzer，美國(guó)國(guó)家儀器公司的NI PCMCIA-CAN等。雖然這些商業(yè)產(chǎn)品在性能上已比較完善，存在下面的一些不足。
1.必須依靠PC機(jī)才能工作，不能單獨(dú)使用，便攜性差；2.抗干擾能力差，沒有考慮在特別惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用；3.不具備CAN總線波特率自動(dòng)檢測(cè)功能；4.價(jià)格昂貴，一般用戶很難承受。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是設(shè)計(jì)一種不依賴PC機(jī)能夠獨(dú)立進(jìn)行CAN總線分析記錄的便攜式分析記錄儀，它具有總線狀態(tài)檢測(cè)與顯示，通信數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)記錄功能，并能自動(dòng)偵測(cè)CAN總線的波特率。此外，它能根據(jù)用戶協(xié)議，從通信數(shù)據(jù)中提取用戶所需的信號(hào)參數(shù)，并通過液晶(聯(lián)機(jī)模式時(shí)通過PC機(jī)顯示器，后面有詳細(xì)敘述)進(jìn)行顯示。在獨(dú)立進(jìn)行CAN總線分析記錄的基礎(chǔ)上，它還能通過串口與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作，將網(wǎng)絡(luò)信息通過串口實(shí)時(shí)發(fā)送給PC機(jī)，并通過PC機(jī)的界面進(jìn)行總線狀態(tài)和通信數(shù)據(jù)的顯示。
本實(shí)用新型含有核心處理器和總線收發(fā)器，其特征在于，所述CAN總線分析記錄儀是可以獨(dú)立于PC機(jī)工作的分析記錄儀，它還含有與所述核心處理器連接的液晶顯示儀、鍵盤、用于存儲(chǔ)配置文件的CF卡以及用于存儲(chǔ)設(shè)置的非易失RAM，所述CF卡通過譯碼器與所述核心處理器相連，所述非易失RAM通過譯碼器與所述核心處理器相連。
其特征還在于，還含有抗干擾電路，所述抗干擾電路是連接在所述核心處理器和所述總線收發(fā)器之間的收、發(fā)信號(hào)端的兩個(gè)光電耦合器；以及連接在所述總線收發(fā)器和CAN總線之間的共模抑制器，所述總線收發(fā)器通過兩個(gè)連接被隔離地的接濾波電容與所述共模抑制器相連，所述共模抑制器還通過另兩個(gè)連接被隔離地的濾波電容和兩個(gè)正端共同連接被隔離地的瞬變電壓抑制二極管與CAN總線相連；所述被隔離地是與上述核心處理器相隔離的地。
其特征還在于，所述核心處理器的型號(hào)為C167CR。所述總線收發(fā)器的型號(hào)為82250。所述CF卡的型號(hào)為PQI 128M。所述液晶顯示儀的型號(hào)為MGLS1286T-HT。
在本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中，分析儀采用了16位單片機(jī)Infineon C167CR作為核心處理器，利用其內(nèi)部的CAN模塊實(shí)現(xiàn)CAN通信，利用它的比較/捕捉模塊實(shí)現(xiàn)波特率的自動(dòng)偵測(cè)。外圍設(shè)備包括CF卡，液晶顯示儀，鍵盤，串口通信卡等，它們與核心處理器一起實(shí)現(xiàn)了本分析儀的所有功能。
試驗(yàn)證明，本實(shí)用新型能夠獨(dú)立于PC機(jī)工作，并且具有良好的抗干擾性，具備CAN總線波特率自動(dòng)檢測(cè)功能，攜帶方便，達(dá)到了預(yù)期的目的。


圖1為分析紀(jì)錄儀總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為分析紀(jì)錄儀核心處理器電路原理圖；圖3為CAN通信電路原理圖；圖4為CF卡存儲(chǔ)模塊電路原理圖；圖5為非易失RAM存儲(chǔ)模塊電路原理圖；圖6為液晶顯示儀與單片機(jī)總線之間地接口電路圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖說明分析紀(jì)錄儀的實(shí)施方式。
圖1所示，本實(shí)用新型所提出的分析紀(jì)錄儀主要包括核心處理器、液晶顯示儀、CF卡、鍵盤、非易失RAM、RS232轉(zhuǎn)換電路、CAN收發(fā)電路和系統(tǒng)輔助電路。核心處理器是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐，系統(tǒng)輔助電路包括電源電路，外擴(kuò)SRAM和Flash電路。相對(duì)于現(xiàn)有的分析紀(jì)錄儀來說，本實(shí)用新型有鍵盤、液晶顯示等輸入輸出界面，又具有存儲(chǔ)處理和存儲(chǔ)功能，因此用戶可以脫離PC機(jī)獨(dú)立對(duì)CAN總線進(jìn)行檢測(cè)。另外通過串口與PC機(jī)相連，用戶也可以與PC機(jī)結(jié)合使用。下面介紹獨(dú)立使用(單機(jī)模式)和與計(jì)算機(jī)結(jié)合使用(聯(lián)機(jī)模式)的兩種使用模式。
單機(jī)模式總線狀態(tài)、通信數(shù)據(jù)和信號(hào)參數(shù)通過液晶進(jìn)行顯示，用戶的意圖由鍵盤輸入。用戶可以方便的對(duì)接收屏蔽碼、接收?qǐng)?bào)文ID、發(fā)送周期、發(fā)送報(bào)文ID等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以根據(jù)用戶協(xié)議定義信號(hào)參數(shù)，并可選擇性地將感興趣的信號(hào)參數(shù)顯示在液晶屏上。這些設(shè)置除了可以通過鍵盤輸入外，還可以從存放在CF卡中的配置文件(這個(gè)配置文件可以在PC機(jī)上編輯)中讀取各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)用戶協(xié)議比較復(fù)雜時(shí)，用這種方式更為有效。所有的設(shè)置都被保存到非易失RAM中，避免了再次使用時(shí)的重復(fù)設(shè)置。根據(jù)實(shí)際情況完成系統(tǒng)配置后就可以對(duì)總線狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，總線狀態(tài)和通信數(shù)據(jù)均可在液晶屏上顯示，同時(shí)，接收到的通信數(shù)據(jù)可以以標(biāo)準(zhǔn)的FAT16文件格式存放到CF卡中，最快存儲(chǔ)速度可以達(dá)到1Mbyte/s，由于CAN總線的最大波特率為1Mbit/s，所以這個(gè)存儲(chǔ)速度完全能夠滿足要求。核心處理器C167CR還可以通過串口模塊與PC機(jī)通訊，在PC機(jī)與串口之間需要連接一個(gè)RS232轉(zhuǎn)換電路。這樣存儲(chǔ)在CF卡上的數(shù)據(jù)文件可以方便的傳入PC機(jī)，以便進(jìn)行后續(xù)處理。
聯(lián)機(jī)模式用戶將分析儀通過串口與232轉(zhuǎn)換電路與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作時(shí)，除了具有單機(jī)模式下的所有功能外，還具有更好的人機(jī)交互界面。它通過串口接收PC機(jī)的控制命令，同時(shí)將自己檢測(cè)到的總線狀態(tài)，接收到的通信數(shù)據(jù)回傳給PC機(jī)。此時(shí)，由PC機(jī)提供人機(jī)交互界面，用戶通過PC機(jī)觀察總線狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并通過PC機(jī)設(shè)置各種參數(shù)，這些參數(shù)也同步保存在非易失RAM中。在通信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，分析儀可以用單機(jī)模式的技術(shù)直接將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到CF卡中，也可以通過串口由PC機(jī)將數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)硬盤內(nèi)。此種模式的優(yōu)點(diǎn)是顯示界面更為友好，用戶操作更加靈活、方便。
見圖2分析儀的核心處理器C167CR電路原理圖。該處理器集成有CAN總線控制器模塊，能夠?qū)z測(cè)到的CAN總線的位流轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便核心處理器進(jìn)行下一步處理。
圖3所示，由于CAN總線控制器模塊集成在了核心處理器C167CR內(nèi)部，所以CAN通信部分電路主要包括CAN總線收發(fā)器82C250(U503)，該收發(fā)器主要用于變換接收和發(fā)送數(shù)據(jù)兩種傳輸方式。為了使CAN總線的波動(dòng)不會(huì)對(duì)分析儀的電路產(chǎn)生影響，本實(shí)用新型還在CAN通信電路中設(shè)計(jì)了抗干擾電路，抗干擾功能是由光電耦合器6N137(U501、U502)和共模干擾抑制器ZJYS-2(U504)來實(shí)現(xiàn)的。見圖2和圖3，核心處理器C167CR的CAN輸出引腳P4.6與光電耦合器U502的輸入端相連，該光電耦合器的輸出端與總線收發(fā)器U503的發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入端TD相連。總線收發(fā)器U503的接收數(shù)據(jù)輸出端RD連接到光電耦合器U501的輸入端，該光電耦合器的輸出端連接到C167CR的CAN輸入引腳P4.5上。光電耦合器U501、U502和CAN總線收發(fā)器與核心處理器C167CR之間的電源需要隔離，這里通過一個(gè)DCP0105型DC/DC轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。通過使用光電耦合器U501、U502和DC/DC轉(zhuǎn)換器DCP0105，核心處理器C167CR接收和發(fā)送的信號(hào)與CAN總線上傳輸?shù)男盘?hào)實(shí)現(xiàn)了光電隔離，提高了整個(gè)電路抗干擾的能力。在此基礎(chǔ)上基于電磁干擾理論和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，我們還增加了更為有效的抗干擾電路，在CAN總線收發(fā)器U503的CANH(CAN電壓高)和CANL(CAN電壓低)兩個(gè)端口之間連接共模抑制器U504，并分別通過濾波電容C503和C504接到隔離后的電源地GNDA。共模抑制器U504另一側(cè)兩個(gè)端口OUT1和OUT2也分別通過濾波電容C505和C506與隔離后的電源地相連，并各自連接到一個(gè)瞬變電壓抑制二極管(TVS)(其型號(hào)為P6KE6.8CE)的負(fù)極，這兩個(gè)瞬變電壓抑制二極管(TVS)D500和D501的正極與隔離后的電源地相連。終端串聯(lián)兩個(gè)電阻R503和R504，并由跳線塊決定是否接入電路中。兩個(gè)電阻的連接處經(jīng)過一個(gè)的電容C507與隔離后的電源地相連。分析儀與CAN總線采用DB9九針連接器相連。當(dāng)CAN總線使用帶有屏蔽層的雙絞線時(shí)，屏蔽層經(jīng)過九針連接器通過電阻R505和電容C513與隔離后的電源地相接。采用如前所述的抗干擾電路設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)抗干擾能力明顯增強(qiáng)，經(jīng)過電磁兼容實(shí)驗(yàn)證明，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率從千分之幾降到百萬分之幾。
另外，本實(shí)用新型還針對(duì)核心處理器具有的比較/捕捉功能，配合相應(yīng)的軟件處理，使其能夠自動(dòng)偵測(cè)CAN總線的波特率。圖2和圖3所示，核心處理器C167CR的CAN接收引腳P4.5與C167CR的IO端口P7.6和P7.7相連。P7.6和P7.7分別是核心處理器C167CR內(nèi)部比較捕捉模塊的輸入引腳。當(dāng)接收引腳P4.5上的信號(hào)發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，觸發(fā)比較捕捉模塊的捕獲中斷，計(jì)數(shù)器PT0(PWM模塊計(jì)數(shù)器的精度最高，所以選用它作為計(jì)數(shù)器)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)接收引腳P4.5上的信號(hào)發(fā)生正跳變時(shí)，觸發(fā)比較捕捉模塊31單元的捕獲中斷，計(jì)數(shù)器PT0停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器PT0的值乘以處理器機(jī)器周期就得到CAN信號(hào)顯性位的持續(xù)時(shí)間，多次測(cè)量(測(cè)量次數(shù)大于100)，其最小值就是一個(gè)顯性位的持續(xù)時(shí)間(可以通過對(duì)CAN協(xié)議ISO11898的分析得到)，從而得到當(dāng)前CAN網(wǎng)絡(luò)采用的波特率，實(shí)現(xiàn)了CAN總線波特率的自動(dòng)偵測(cè)。
圖4所示，CF卡存儲(chǔ)單元主要由CF卡(U401)，其型號(hào)為PQI128M，和雙路二四譯碼器MM74HCT139(U400)組成。CF卡有三種使用方式PC卡內(nèi)存模式，PC卡I/O模式和True-IDE模式，使用中將CF卡的ATASEL和CSEL引腳接地，從而選擇工作方式為True-IDE模式，且將CF卡設(shè)置為了Master方式。核心處理器C167CR的16位數(shù)據(jù)總線D0～D15，讀寫信號(hào)引腳RD、WR分別與CF卡的數(shù)據(jù)總線D0～D15，讀寫信號(hào)引腳IORD、IOWR相連。由于選用了True-IDE模式，故CF卡的地址總線只有A0～A2有效，它們分別與核心處理器C167CR的A1～A3相連，剩余的地址總線A3～A10連接到數(shù)字地。核心處理器C167CR的地址總線A4、A5分別連接到U400A(MM74HCT139的第一路譯碼電路)的輸入端A和B，核心處理器C167CR的片選信號(hào)線CS4連接到U400A的輸入使能端G，U400A的輸出引腳Y0連接到CF卡的CS0，Y1連接到CF卡的CS1，其余輸出引腳懸空。如前所述的地址總線和片選信號(hào)線的連接實(shí)現(xiàn)了核心處理器C167CR對(duì)CF卡的尋址。
CF卡的CD1和CD2引腳通過上拉電阻R400、R401與VCC相連，并分別連接到U400B(MM74HCT139的第二路譯碼電路)的輸入端A和B，U400B的輸入使能端G直接接地，輸出端Y0接核心處理器C167CR的P2.11引腳。當(dāng)CF卡插入正常后，引腳CD1和CD2均由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩赨400B的輸出端Y0產(chǎn)生低電平，在程序中檢查P2.11的狀態(tài)，就可獲知CF卡是否已經(jīng)正確插入。CF卡的復(fù)位引腳RESET與C167CR的P2.7相連，中斷請(qǐng)求引腳INTRQ與C167CR的P2.10(C167CR的外部中斷輸入引腳)相連。DASP引腳經(jīng)過一個(gè)發(fā)光二級(jí)管D400和限流電阻R403與VCC相連，使用過程中，可以根據(jù)發(fā)光二極管D400的狀態(tài)判斷CF卡是否被激活。IORDY和PDIAG通過上拉電阻R402和R404與VCC相連。IOCS16，VS1，VS2，INPACK四個(gè)引腳懸空。輸入引腳REG和WE沒有使用，直接連接到VCC上。
圖5所示，非易失RAM存儲(chǔ)模塊包括非易失RAM FM1608(U8)和138譯碼器74LS138(U15)。U15的選擇輸入端A、B、C分別與C167CR的地址線A17、A18、A19相連，輸入使能端的E1和E2與C167CR的片選信號(hào)線CS2相連，E3直接連接到VCC。U15的輸出端Y1與U8的使能端CE相連，其余輸出端懸空。U8的數(shù)據(jù)總線D0～D7，地址總線A0～A12，讀寫信號(hào)線OE，WE分別與C167CR的數(shù)據(jù)總線D0～D7，地址總線A0～A12，讀寫信號(hào)線RD、WR相連。在U8的寫信號(hào)線上還連接著一個(gè)上拉電阻R20。
本分析儀選用的是128×64的圖形式液晶顯示儀，其型號(hào)為MGLS12864T-HT，內(nèi)部控制芯片是T6963。它與核心處理器采用直接方式連接，見圖6，R19用于調(diào)節(jié)液晶的背光電壓。P2.12為液晶的復(fù)位端，通過對(duì)P2.12的編程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶的軟件復(fù)位等操作。FS為液晶字符大小選擇，F(xiàn)S接VCC高電平時(shí)，表示液晶采用8×6的點(diǎn)陣，F(xiàn)S接GND低電平時(shí)，表示液晶采用8×8的點(diǎn)陣。U93(74LS245)為總線驅(qū)動(dòng)器件，用來提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。LCDFOR是與液晶顯示儀的接口。
本分析儀使用的是16鍵貼膜鍵盤，它的8個(gè)引腳通過10k歐姆的電阻上拉到VCC上，與核心處理器C167CR的I/O引腳P8.0～P8.7相連。
本分析儀的系統(tǒng)輔助電路包括電源電路，外擴(kuò)RAM和Flash電路。電源為電源電路，外擴(kuò)RAM容量為128K字節(jié)，型號(hào)為IS61C12816。外擴(kuò)Flash容量為512k字節(jié)，型號(hào)為AM29F400BB70SI。
本實(shí)用新型將復(fù)雜的基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷和數(shù)據(jù)記錄功能在單片機(jī)系統(tǒng)上完整實(shí)現(xiàn)，為CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的工具。本實(shí)用新型還具有成本低，性能穩(wěn)定，適用性廣，攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于車用CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析和故障診斷。
權(quán)利要求1.基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀，含有核心處理器和總線收發(fā)器，其特征在于，所述CAN總線分析記錄儀是可以獨(dú)立于PC機(jī)工作的分析記錄儀，它還含有與所述核心處理器連接的液晶顯示儀、鍵盤、用于存儲(chǔ)配置文件的CF卡以及用于存儲(chǔ)設(shè)置的非易失RAM，所述CF卡通過譯碼器與所述核心處理器相連，所述非易失RAM通過譯碼器與所述核心處理器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀，其特征在于，還含有抗干擾電路，所述抗干擾電路是連接在所述核心處理器和所述總線收發(fā)器之間的收、發(fā)信號(hào)端的兩個(gè)光電耦合器；以及連接在所述總線收發(fā)器和CAN總線之間的共模抑制器，所述總線收發(fā)器通過兩個(gè)連接被隔離地的接濾波電容與所述共模抑制器相連，所述共模抑制器還通過另兩個(gè)連接被隔離地的濾波電容和兩個(gè)正端共同連接被隔離地的瞬變電壓抑制二極管與CAN總線相連；所述被隔離地是與上述核心處理器相隔離的地。
3.如權(quán)利要求1所述的基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀，其特征在于，所述核心處理器的型號(hào)為C167CR。
4.如權(quán)利要求1所述的基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀，其特征在于，所述總線收發(fā)器的型號(hào)為82250。
5.如權(quán)利要求1所述的基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀，其特征在于，所述CF卡的型號(hào)為PQI 128M。
6.如權(quán)利要求1所述的基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀，其特征在于，所述液晶顯示儀的型號(hào)為MGLS1286T-HT。
專利摘要基于CF卡的便攜式CAN總線分析記錄儀涉及到基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷以及通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是，它是可以獨(dú)立于PC機(jī)工作的分析記錄儀，它還含有與核心處理器連接的液晶顯示儀、鍵盤、用于存儲(chǔ)配置文件的CF卡以及用于存儲(chǔ)設(shè)置的非易失RAM。還設(shè)計(jì)了抗干擾電路，在核心處理器和總線收發(fā)器之間連接了光耦，在總線收發(fā)器和總線之間連接了共模抑制器。本實(shí)用新型將復(fù)雜的基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析、診斷和數(shù)據(jù)記錄功能在單片機(jī)系統(tǒng)上完整實(shí)現(xiàn)，還具有成本低，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，適用性廣，攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于車用CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析和故障診斷。
文檔編號(hào)G06F13/14GK2638141SQ0320872
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者田光宇, 朱元, 吳昊, 周偉波, 陳全世, 歐陽明高 申請(qǐng)人:清華大學(xué)