滿足iso9141標準的總線通訊轉發器的製作方法
2023-07-13 11:22:41 1
專利名稱：滿足iso9141標準的總線通訊轉發器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車總線通訊的控制電路，特別是涉及一種滿足 IS09141標準的總線通訊轉發器。
背景技術：
目前，全球汽車總量不斷增加，汽車中用到的電子產品的比重也越來 越高，尤其是汽車網絡通訊部分越來越多。比如進行車身診斷的K-Line 總線通訊系統，進行車身控制管理的Lin總線通訊系統等，上述兩種通訊 方式都是以IS09141標準為基礎建立的。由於其通訊時高電平信號一般為 12V左右，並且是採用單根線進行收發通訊的，而與之通訊的電子控制單 元中的處理器如MCU，其輸入輸出的高電平信號一般為5V左右，並且是 採用串口方式進行通訊的，即採用兩根通訊線， 一根TXD用作發送信息， 一根RXD用作接收信息，所以在IS09141總線與MCU串口間就要求有一個 信號轉換處理的電路。
目前進行這種信號轉換處理的電路大多是採用國外半導體公司生產 的專用集成電路，如ST公司的L9637, L9638等，FREESCALE公司的 MC33290， MC33399等。採用這種集成電路的好處是集成度高、調試方便， 但是其價格較高，且國內不易採購，定貨周期長。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其電路簡單、可靠，所用器件通用易於採購，電路成本低。
為解決上述技術問題，本發明的滿足IS09141標準的總線通訊轉發 器，包括總線保護電路、總線整形濾波電路、總線轉換電路；
總線整形濾波電路，用於濾除IS09141總線上的幹擾噪聲及消除信 號震蕩，並實現IS09141總線接收到微處理器串口接收的轉換；
總線保護電路，連接在所述總線整形濾波電路的輸入端，用來提高 本總線通訊轉發器電路對外接口在受到瞬時幹擾時的抵抗力及防止外界 過高電壓對所述總線整形濾波電路的損壞；
總線轉換電路，連接在所述總線整形濾波電路的輸入端，將微處理器 的串口發射轉換為IS09141總線發射。
由於採用本發明的總線通訊轉發器，可以將串口通訊轉換成雙向單線 通訊，實現汽車電子模塊中MCU與符合IS09141標準的接口電路的通訊。
本發明的總線通訊轉發器，採用通常的分離電子元器件，如二極體、 三極體、電阻、電容即可組成，其電路簡單、可靠，所用器件易於採購， 電路成本低。
下面結合附圖和具體實現方式對本發明作進一步詳細說明。
圖1是本發明的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器電路原理圖2是圖1中總線整形濾波電路的原理圖3是圖1中總線整形濾波電路的輸出高電平V。h、輸出低電平V。l與 上門限電壓VTH、下門限電壓VT1_之間的變化關係示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，包括總線
保護電路、總線整形濾波電路、總線轉換電路。
結合圖2，所述總線整形濾波電路由運算放大器(以下簡稱運放)U1A、 電阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、電容C1構成。其作用是濾除總線上幹擾噪聲及 消除信號震蕩，另外與總線轉換電路中的電阻R6、 二極體D1組合實現從 IS09141總線接收到MCU串口接收的轉換。
電阻R1—端連接在運放U1A的輸出端，另一端與MCU-PuIIUp (MCU的一 個I/0口)端連接，作為所述總線整形濾波電路輸出端上拉電阻。在本實施 方式中上拉電阻Rl由MCU的I/0口控制，將上拉電阻Rl接到MCU的一個I/0口 上，由MCU的I/0口來控制上拉電阻R1是否有效，實現上拉功能。當然上拉 電阻R1還可以採用其他方式靈活配置，比如可以直接將上拉電阻R1接至UMCU 工作的5V電源上，實現上拉功能。上拉電阻R1的作用是避免運放U1A輸出端 出現高阻狀態，另外由於運放U1A輸出端一般是0C門器件，所以其上拉電流 也必須由上拉電阻R1來提供。
電阻R2作為反饋電阻跨接在運放U1A的輸出端與正向輸入端之間。電阻 R3的一端連接在運放U1A的正向輸入端，其另一端與總線保護電路、總線轉 換電路連接。
電阻R4、 R5串接在VBATT (在本實施方式中，VBATT是由汽車上的蓄電 池獲得的，並且是12V的汽車蓄電池。VBATT也可以由微處理器MCU來控制通 斷)與地線之間，分壓後產生總線整形濾波電路反向輸入端的比較電壓 VREF。當然比較電壓V,也可採用外接一參考電壓的方式實現。電容C1連接在 VBATT與地線之間，用於濾除運放U1A輸入輸出的高頻噪聲。運放U1A的輸出端與MCU的串口接收端MCU-RXD連接。
所述總線保護電路由二極體D1、瞬態抑制管D2串接構成。二極體D1的 正極與總線整形濾波電路的電阻R3連接；用來防止後端電路(總線整形濾 波電路)免受長時間過壓衝擊，例如當總線上長時間出現大於VBATT的情況 時，由於二極體D1的反向保護作用，從而使得二極體D1正極後端電路輸入 電壓始終限制在VBATT以下，進而實現保護功能。在本實施方式中瞬態抑制 管D2—端接地線，另一端與二極體D1的負極連接。瞬態抑制管可以根據需 要靈活選擇，如根據功率、嵌位電壓、單向或雙向等性能指標選擇。瞬態 抑制管D2主要用來保護後端電路免受總線上出現的瞬時尖峰脈衝幹擾。這
種瞬時尖峰脈衝幹擾可能是由快速電壓變化、雷電、靜電放電等產生的。
所述總線轉換電路由電阻R6、 R7、 R8、 二極體D1、三極體Q1 (NPN型) 組成。電阻R7是三極體Q1的發射極電阻，連接在三極體Q1的發射極與地線 之間。電阻R8是三極體Q1的基極電阻，連接在三極體Q1的基極與MCU的串口 發送端MCU-TXD之間。三極體Q1的集電極通過二極體D1、電阻R6與VBATT連 接。其中，二極體W的負極與三極體Q1的集電極連接，其節點連接IS09141 總線接口IS09141-BUS。
本發明的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器的工作過程是 所述總線整形濾波電路反向輸入端的比較電壓V^的大小為 VREF=VBATT*R5/ (R4+R5)。 (公式l)
而總線整形濾波電路的門限電壓VT也可以得到
formula see original document page 8 (公式2)
由於公式2中總線整形濾波電路輸出電平V。有輸出高電平V。H和輸出低電平V^兩種狀態，所以可以分別得到上門限電壓VTH和下門限電壓Vw
VTH 二[ (R3+R2) *VREF— (R3*V0L) ]) /R2 (公式3) VTL =[ (R3+R2) *VREF— (R3*V0H) ]/R2 (公式4) 上門限電壓VTH與下門限電壓VTL的差值A U稱為門限寬度或遲滯寬度。
即
AU=VTH-VT1=R3* (V。H-V。L) /R2 。 (公式5) 由上面分析可以畫出總線整形濾波電路輸出的高電平V。H、低電平Va與
上門限電壓VTH、下門限電壓VT,之間的變化關係圖(參見圖3)。
由圖3可以看到，當總線整形濾波電路的輸入信號V^只有達到上門限電
壓VTH時，其輸出V。才會發生翻轉，即由低電平V。,變為高電平V。H;而當輸入
信號V^降到上門限電壓VTH以下時，總線整形濾波電路的輸出V。並不會翻轉，
只有輸入信號Vw降到下門限電壓V^以下時，其輸出V。才會發生翻轉，即由 高電平V。H變為低電平Va。因此不難看出，當輸入信號V^有波動時，只要波 動電壓幹擾值不超過門限寬度A U，總線整形濾波電路的輸出V。的電壓值就 將是穩定的。所述總線整形濾波電路就是通過這個原理實現了濾除總線上 幹擾噪聲及消除信號震蕩的功能。 總線轉換的過程是
當IS09141總線接口 IS09141-BUS為低電平V化時，由於電阻R6與 VBATT相連，所以使得二極體D1正嚮導通。而二極體D1的正嚮導通壓降 一般為0. 6V左右，即圖2中的V^處大約為0. 6V，這個電平值可以使其 遠小於總線整形濾波電路的正向輸入端的下門限電壓VTl_，因而運放U1A 輸出低電平Va。當IS09141總線接口 IS09141-BUS為高電平V]H時，若該高電平VIH小於VBATT減去0. 6V時，則圖2中的VIN處大約為所述高電平VIH 加0. 6V;當IS09141總線接口 IS09141-BUS的高電平V!h大於VBATT減去 0. 6V時，則圖2中的Vw處大約為VBATT。這兩種狀態下，V^處的電平值 都可以使其遠大於總線整形濾波電路的正向輸入端的上門限電壓VTH，因 而運放U1A輸出高電平V。H。通過上面的分析可以看到總線整形濾波電路 與電阻R6、 二極體Dl的組合可以實現從IS09141總線接收到MCU串口接 收的轉換過程。
另外，在圖1中電阻R6、 R7、 R8、三極體Q1 (NPN型)的組合可以 實現從MCU串口發射到IS09141總線發射的轉換。其過程如下
當MCU的串口發送端MCU-TXD為高電平時，三極體Q1飽和導通，從 而使得IS09141總線接口 IS09141-BUS的電平為V<:E+VR7,其中，VcE為三極 管Ql集電極和發射機之間的管壓降，V^為電阻R7上的電壓降。電阻R7 主要用於限流，即防止通過三極體Ql的電流過大而使其損壞。電阻R7 的阻值一般選取在幾十歐姆的等級上，因而Vw會很小， 一般在0. 5V以下， 而管壓降L一般最大為0. 3V，這樣三極體Ql導通時IS09141總線接口 IS09141-BUS的電平值最大為0. 5V+0. 3V=0. 8V。對於IS09141總線通訊而 言符合低電平的要求即小於VBATT *20%=2.4V。因此，當MCU的串口發 送端MCU-TXD為高電平時IS09141總線接口 IS09141-BUS為低電平；當 MCU的串口發送端MCU-TXD為低時，三極體Ql截止，從而使得IS09141 總線接口 IS09141-BUS的電平僅受電阻R6和二極體Dl影響，其電平值大 約為VBATT-0.6V=11.4V，對於IS09141總線通訊而言符合高電平的要求 即大於VBATT*80%=9. 6V。因此，當MCU的串口發送端MCU-TXD為低電平時，IS09141總線接口 IS09141-BUS為高電平。通過MCU軟體的處理，即 在準備串口發射時，先將發射的信息(包括串口通訊的起始位和停止位) 取反後再發射出去，就可以使MCU的串口發送端MCU-TXD為高時，IS09141 總線接口 IS09141-BUS也為高電平；MCU的串口發送端MCU-TXD為低電平 時，IS09141總線接口 IS09141-BUS也為低電平。這樣就實現了從MCU串 口發射到IS09141總線發射的轉換。電阻R8用於限制流過三極體Ql基極 的電流大小。
最後再提一點，在實現從IS09141總線接收到MCU串口接收的轉換過 程前，要先通過MCU的串口發送端MCU-TXD的控制使三極體Q1截止，以 免三極體Q1導通，影響接收的過程。
權利要求
1、一種滿足ISO9141標準的總線通訊轉發器，其特徵在於，包括總線整形濾波電路，用於濾除ISO9141總線上的幹擾噪聲及消除信號震蕩，並實現ISO9141總線接收到微處理器串口接收的轉換；總線保護電路，連接在所述總線整形濾波電路的輸入端，用來提高所述總線通訊轉發器電路對外接口在受到瞬時幹擾時的抵抗力及防止外界過高電壓對所述總線整形濾波電路的損壞；總線轉換電路，連接在所述總線整形濾波電路的輸入端，將微處理器的串口發射轉換為ISO9141總線發射。
2、 根據權利要求1所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其 特徵在於，所述總線保護電路由二極體D1、瞬態抑制管D2串接構成；二 極管Dl的正極與總線整形濾波電路的輸入端連接，其節點通過電阻R6 與電源連接;瞬態抑制管D2 —端接地線，另一端與二極體Dl的負極連接。
3、 根據權利要求1所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其 特徵在於，所述總線整形濾波電路包括一運算放大器U1A，電阻R1—端連接在運放U1A的輸出端，作為所述總 線整形濾波電路輸出端上拉電阻；電阻R2作為反饋電阻跨接在運放U1A 的輸出端與正向輸入端之間；電阻R3的一端連接在運放U1A的正向輸入 端，其另一端與總線保護電路、總線轉換電路連接；運放U1A的反向輸 入端連接一比較電壓V,電容C1連接在電源與地線之間，用於濾除運放U1A 輸入輸出的高頻噪聲，運放U1A的輸出端與MCU的串口接收端MCU-RXD連接。
4、 根據權利要求3所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其特徵 在於，所述比較電壓V,由串接在汽車蓄電池VBATT與地線之間的電阻R4、 R5分壓後產生。
5、 根據權利要求3所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其特徵 在於，所述比較電壓V^採用外接一參考電壓的方式實現。
6、 根據權利要求3所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其特徵 在於，所述上拉電阻Rl的另一端與微處理器的一個I/0口逢接，由微處理器 的I/0口控制上拉電阻R1是否有效，實現上拉功能。
7、 根據權利要求3所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其特徵 在於，所述上拉電阻R1的另一端與微處理器的5V電源連接，實現上拉功能。
8、 根據權利要求1所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其特徵 在於，所述總線轉換電路包括一NPN型三極體Q1，電阻R8連接在三極體Q1 的基極與微處理器的串口發送端MCU-TXD之間，電阻R7連接在三極體Q1的發 射極與地線之間，三極體Q1的集電極通過二極體D1、電阻R6與電源連接， 其中，二極體D1的負極與三極體Q1的集電極連接，其節點連接IS09141總線 接口IS0914卜BUS。
9、 根據權利要求1或3所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器， 其特徵在於，所述IS09141總線接收到微處理器串口接收的轉換過程是， 當IS09141總線接口 IS09141-BUS為低電平V^時，所述總線整形濾波電 路輸出低電平V。"當IS09141總線接口 IS09141-BUS為高電平V:H時，所 述總線整形濾波電路輸出高電平V。H。
10、根據權利要求1或8所述的滿足IS09141標準的總線通訊轉發器，其特徵在於，所述從MCU串口發射到IS09141總線發射的轉換過程是當微處理器的串口發送端MCU-TXD為高電平時，三極體Q1飽和導通，從 而使得IS09141總線接口IS09141-BUS的電平為為低電平；當微處理器的串 口發送端MCU-TXD為低電平時，三極體Q1截止，IS09141總線接口 IS09141-BUS為高電平；準備串口發射時，先將發射的信息取反後再發射，使微處理器的串口 發送端MCU-TXD為高時，IS09141總線接口 IS09141-BUS也為高電平;微 處理器的串口發送端MCU-TXD為低電平時，IS09141總線接口 IS09141-BUS 也為低電平。
全文摘要
本發明公開了一種滿足ISO9141標準的總線通訊轉發器，包括總線整形濾波電路，用於濾除ISO9141總線上的幹擾噪聲及消除信號震蕩，並實現ISO9141總線接收到微處理器串口接收的轉換；總線保護電路，連接在所述總線整形濾波電路的輸入端，用來提高所述總線通訊轉發器電路對外接口在受到瞬時幹擾時的抵抗力及防止外界過高電壓對所述總線整形濾波電路的損壞；總線轉換電路，連接在所述總線整形濾波電路的輸入端，將微處理器的串口發射轉換為ISO9141總線發射。本發明可以將串口通訊轉換成雙向單線通訊，即滿足ISO9141標準的總線通訊。本發明的電路簡單、可靠，所用器件通用易於採購，總體成本低。
文檔編號H04L25/02GK101453434SQ20071009439
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者帥 呂, 孟永剛, 羅來軍 申請人:聯創汽車電子有限公司