基于CH341的USB—CAN適配器設計

摘要：為便捷上位機訪問工業現場CAN總線，提出了一種便攜式即插即用的USBCAN適配器設計方案。該適配器采用CH341作為USB總線轉接芯片，直接把USB總線協議轉化為并口協議；選用SJA1000芯片作為CAN控制器，支持CAN2.0B協議，以適應不同的CAN總線需求。系統從USB端口取電，且無需MCU/DSP介入，簡化了電路結構；利用CH341主動并口功能，經相應的控制時序邏輯轉換，上位機即可驅動SJA1000，進行CAN總線訪問。該適配器支持上位機自主配置，靈活強，可靠性高。經實驗測試，適配器支持訪問不同的CAN總線網，速率可達1Mb/s。

關鍵詞：CH341；USBCAN；適配器；SJA1000

中圖分類號：TN91934文獻標識碼：A文章編號：1004373X（2012）18005003

19CAN總線以其突出的可靠性、實時性和靈活性，在控制領域獲得廣泛的應用。當上位計算機訪問CAN總線終端設備時，一般采用基于PCI總線的CAN接口卡，但是該方法不支持即插即用，且需配備專用的計算機；或是借助MCU，DSP等CPU模塊進行數據中轉處理。若CAN適配器通過USB接口驅動CAN控制器直接訪問CAN總線網，則支持熱插拔和通用上位機，為測試和訪問CAN總線網，提供了一種便捷的解決方案。

1設計目標

適配器支持即插即用，上位機可自主配置、訪問CAN總線；適配器無需MCU，DSP等CPU介入，體積小巧，便攜式設計，有廣泛的適應性；提供Windows平臺下適配器驅動的API函數。

2硬件實現

適配器選用SJA1000芯片作為CAN控制器，該芯片支持CAN2.0B協議，有BasicCAN和PeliCAN兩種工作模式，分別支持11位和29位地址識別碼，通信速率可達到1Mb/s，可滿足不同CAN網接入需求[12]。選用南京沁恒公司的CH341作為USB總線的轉接芯片，該芯片通過USB總線不僅提供異步串口、打印口、并口，還提供常用的2線和4線等同步串行接口[3]。尤其是CH341工作在主動式并口模式下，僅憑主機的程序控制，即可直接從外部電路輸入/輸出數據，而無需外接單片機DSP/MCU。因此系統置SDA低電平，SCL懸空，配置CH341工作于USB總線轉并口模式，實現對SJA1000的直接控制。

圖1為適配器設計原理圖，兩者AD0～AD7相連，構成雙向地址/數據總線；RST和INT與對應的引腳相連，則可通過EPP對SJA1000復位，而SJA1000的中斷也可通過EPP映射到主機。在EPP工作模式下，雖然CH341主動并口地址和數據的讀寫時序見（圖2）與SJA1000的工作時序并非完全一致，但是可通過相應邏輯轉換而相匹配。SJA1000的ALE是高電平地址輸入，低電平地址鎖存，AS反向后則與之等效。SJA1000的RD、WD為低電平有效信號，且應在數據讀/寫周期時有效而地址讀/寫周期時無效，以負邏輯形式表示則RD=WR·DS，WD=WR·DS#。

圖2CH341并口（EPP）讀寫時序系統直接從USB端口取電，無需外接電源。C3，C2用于外部電源退耦，C1則用于內部電源節點退耦，均為獨石或鉭電容。SJA1000工作時鐘頻率16MHz，Intel模式，CS引腳接地，上電后直接處于選通的工作狀態。

以TJA1040作為CAN總線的驅動器，該芯片EMC性能出色，采用分離終端設計，提高了總線的抗電磁干擾性能[3]。STB（P8）腳接地，設置驅動器工作于高速通信模式。CANH，CANL分別對地接30nF的電容，用于濾掉總線上的高頻干擾。為防止靜電和外部強干擾損壞適配器，CAN總線輸出接口端并聯NUP2105L總線保護器。

CH341主動并口除了EPP模式還有MEN和BUS模式，其BUS模式與SJA1000的工作時序最為匹配，控制信號無需邏輯轉換，可直接連接，其7位地址總線也滿足SJA1000寄存器地址的需求[4]。但由于該功能尚未經廠方完全測試，且不提供API函數，因此適配器選取EPP模式，編程更為簡潔，可靠。

3軟件設計

在Windows操作系統下，CH341的并口驅動程序和動態鏈接庫DLL向應用程序提供了應用層接口，這包括設備管理API、并口數據傳輸API以及中斷處理API[45]。并在CH341DLL.H文件中給出了API參數說明。主機程序調用這些API函數，則可便捷地驅動CH341完成USB協議到并口協議的轉換，進而驅動CAN控制器SJA1000。

3.1CAN總線API設計

適配器軟件設計的關鍵就是重新封裝CH341驅動中的并口API，以實現適配器CAN總線接口的API。驅動SJA1000進入目標總線狀態，主要是對其功能寄存器進行合理配置，包括控制、命令、驗收代碼、驗收屏蔽、總線時序等寄存器。這些操作均需要對指定地址進行字節數據讀寫的API函數[69]。依據SJA1000的讀寫時序，其讀寫API編寫如下（0號設備）：