控制器區域網總線物理中繼器的製作方法

2023-05-04 02:19:41 1

專利名稱：控制器區域網總線物理中繼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及控制器區域網總線物理中繼器，屬於現場總線傳輸領域。
背景技術：
在工業控制、智能樓宇、設備監控等領域都應用了現場總線技術。控制器區域網(以下簡稱CAN)總線是一種廉價的現場總線，在很多場合得到廣泛應用。其最大的特點是採用無破壞仲裁技術，可以保證網絡即使在重負載情況下，也保持最大的吞吐量。
CAN總線通常採用雙絞線傳輸，目前CAN節點通訊一般直接通過與總線段相連的CAN收發器進行傳輸，尚存在以下缺點收發器電氣特性限制了一個CAN網段的節點數目不能超過110個；傳輸線特性限制了實際傳輸距離不能達到理論極限；總線上的故障會影響所有節點之間的通信。
CAN總線協議定義了物理層和數據鏈路層的標準，因此在物理層和數據鏈路層上實現中繼，都能達到擴展CAN總線傳輸距離和增加節點數目的目的。但採用數據鏈路層中繼擴展CAN總線的方法，需要由MCU控制，並要有CAN控制器和數據緩衝區，線路複雜，只能針對某一頻率。還存在一個重大缺陷，即破壞了CAN總線發送節點與最終接收節點的位應答機制，使發送方無法通過應答位判斷最終接收節點是否已經接收數據。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種控制器區域網總線物理中繼器，以實現在擴展CAN總線傳輸距離和增加總線節點數目，並隔離短路故障的同時，可保持數據包的全透明傳輸，不破壞CAN總線發送節點與最終接收節點的位應答機制。
本實用新型的控制器區域網總線物理中繼器包括第一CAN收發器、第二CAN收發器、第一單穩觸發器、第二單穩觸發器、第一或非門、第二或非門、第一與非門和第二與非門，第一CAN收發器的輸入端與第一總線段連接，第一CAN收發器的一個輸出端與第一或非門及第一單穩觸發器的一個輸入端共接，第一CAN收發器的另一個輸出端與第二與非門的輸出端相連，第二CAN收發器的輸入端與第二總線段連接，第二CAN收發器的一個輸出端與第二或非門及第二單穩觸發器的一個輸入端共接，第二CAN收發器的另一個輸出端與第一與非門的輸出端相連，第一或非門的另一個輸入端與第二或非門的輸出端及第二與非門一個輸入端共接，第二或非門的另一個輸入端與第一或非門的輸出端及第一與非門一個輸入端共接，第一與非門的另一個輸入端與第二單穩觸發器的輸出端相連，第二與非門的另一個輸入端與第一單穩觸發器的輸出端相連。
本實用新型的控制器區域網總線物理中繼器的工作原理CAN總線傳輸有兩種狀態，顯性(0，即高電平)和隱性(1，即低電平)，由第一、第二CAN收發器將線路信號轉變為邏輯電平，邏輯電路控制傳輸方向和切換死區時間。當第一總線段和第二總線段均為隱性時，第一CAN收發器和第二CAN收發器均發送隱性信號；當第一總線段為隱性，第二總線段為顯性時，第一CAN收發器發送顯性信號而第二CAN收發器發送隱性信號；當第二總線段為隱性，第一總線段為顯性時，第一CAN收發器發送隱性信號而第二CAN收發器發送顯性信號；當第一總線段和第二總線段均為顯性時，第一CAN收發器或第二CAN收發器其中之一發送顯性信號；發明中的第一單穩觸發器和第二單穩觸發器可防止從發送顯性信號到發送隱性信號過程中發生振蕩。
本實用新型的控制器區域網總線物理中繼器適合於各種速率的通信；具有保持數據透明傳輸，增加傳輸距離和節點數，隔離短路故障等優點。當其中一路短路不會影響另一路的信號傳輸。


圖1是控制器區域網總線物理中繼器構成原理圖；圖2是控制器區域網總線物理中繼器一種具體電路圖。
具體實施方法參照圖1，本實用新型的控制器區域網總線物理中繼器包括第一CAN收發器U1、第二CAN收發器U2、第一單穩觸發器U3、第二單穩觸發器U4、第一或非門U5、第二或非門U6、第一與非門U7和第二與非門U8。第一CAN收發器U1的輸入端與第一總線段A連接，第一CAN收發器U1的一個輸出端RD1與第一或非門U5及第一單穩觸發器U3的一個輸入端共接，第一CAN收發器U1的另一個輸出端TD1與第二與非門U8的輸出端相連，第二CAN收發器U2的輸入端與第二總線段B連接，第二CAN收發器U2的一個輸出端RD2與第二或非門U6及第二單穩觸發器U4的一個輸入端共接，第二CAN收發器U2的另一個輸出端TD2與第一與非門U7的輸出端相連，第一或非門U5的另一個輸入端與第二或非門U6的輸出端及第二與非門U8一個輸入端共接，第二或非門U6的另一個輸入端與第一或非門U5的輸出端及第一與非門U7一個輸入端共接。第一或非門U5和第二或非門U6構成RS觸發器，保證U5和U6的輸出狀態最多有一個為「1」，防止第一CAN收發器U1的輸出端TD1和第二CAN收發器U2的輸出端TD2同時為「0」，避免內部產生「死鎖」。第一與非門U7的另一個輸入端與第二單穩觸發器U4的輸出端相連，第二與非門U8的另一個輸入端與第一單穩觸發器U3的輸出端相連。第一單穩觸發器U3和第二單穩觸發器U4均採用上跳沿觸發方式，時間常數由觸發器的RC決定。
本實用新型中，所說的第一CAN收發器U1和第二CAN收發器U2可採用82C250、82C251、TJA1040或TJA1050；第一單穩觸發器U3和第二單穩觸發器U4可採用LM555、LM556或74LS(HC)123；第一或非門U5和第二或非門U6可採用74LS(HC)02或74LS(HC)28；第一與非門U7和第二與非門U8可採用74LS(HC)00、74LS(HC)01或74LS(HC)03。
圖2是控制器區域網總線物理中繼器一種具體電路實例，此例中，第一CAN收發器U1和第二CAN收發器U2均採用82C250，第一單穩觸發器U3和第二單穩觸發器U4均採用74LS123，第一或非門U5和第二或非門U6均採用74LS02，第一與非門U7和第二與非門U8均採用74LS00。
權利要求1.控制器區域網總線物理中繼器，包括第一CAN收發器(U1)和第二CAN收發器(U2)，其特徵是還包括邏輯控制電路，該邏輯控制電路包括第一單穩觸發器(U3)、第二單穩觸發器(U4)、第一或非門(U5)、第二或非門(U6)、第一與非門(U7)和第二與非門(U8)，第一CAN收發器(U1)的輸入端與第一總線段(A)連接，第一CAN收發器(U1)的一個輸出端(RD1)與第一或非門(U5)及第一單穩觸發器(U3)的一個輸入端共接，第一CAN收發器(U1)的另一個輸出端(TD1)與第二與非門(U8)的輸出端相連，第二CAN收發器(U2)的輸入端與第二總線段(B)連接，第二CAN收發器(U2)的一個輸出端(RD2)與第二或非門(U6)及第二單穩觸發器(U4)的一個輸入端共接，第二CAN收發器(U2)的另一個輸出端(TD2)與第一與非門(U7)的輸出端相連，第一或非門(U5)的另一個輸入端與第二或非門(U6)的輸出端及第二與非門(U8)一個輸入端共接，第二或非門(U6)的另一個輸入端與第一或非門(U5)的輸出端及第一與非門(U7)一個輸入端共接，第一與非門(U7)的另一個輸入端與第二單穩觸發器(U4)的輸出端相連，第二與非門(U8)的另一個輸入端與第一單穩觸發器(U3)的輸出端相連。
專利摘要本實用新型公開的控制器區域網(CAN)總線物理中繼器包括CAN收發器和邏輯控制電路，其中CAN收發器用於將線路信號轉變為邏輯電平，邏輯電路控制傳輸方向和切換死區時間。本實用新型的控制器區域網總線物理中繼器適合於各種速率的通信，具有保持數據透明傳輸，增加傳輸距離和節點數，隔離短路故障等優點。當其中一路短路不會影響另一路的信號傳輸。
文檔編號H04L12/40GK2777859SQ200520100349
公開日2006年5月3日 申請日期2005年1月27日 優先權日2005年1月27日
發明者吳建德 申請人:浙江大學