基于CH341的USB—CAN适配器设计

摘要：为便捷上位机访问工业现场CAN总线，提出了一种便携式即插即用的USBCAN适配器设计方案。该适配器采用CH341作为USB总线转接芯片，直接把USB总线协议转化为并口协议；选用SJA1000芯片作为CAN控制器，支持CAN2.0B协议，以适应不同的CAN总线需求。系统从USB端口取电，且无需MCU/DSP介入，简化了电路结构；利用CH341主动并口功能，经相应的控制时序逻辑转换，上位机即可驱动SJA1000，进行CAN总线访问。该适配器支持上位机自主配置，灵活强，可靠性高。经实验测试，适配器支持访问不同的CAN总线网，速率可达1Mb/s。

关键词：CH341；USBCAN；适配器；SJA1000

中***分类号：TN91934文献标识码：A文章编号：1004373X（2012）18005003

19CAN总线以其突出的可靠性、实时性和灵活性，在控制领域获得广泛的应用。当上位计算机访问CAN总线终端设备时，一般采用基于PCI总线的CAN接口卡，但是该方法不支持即插即用，且需配备专用的计算机；或是借助MCU，DSP等CPU模块进行数据中转处理。若CAN适配器通过USB接口驱动CAN控制器直接访问CAN总线网，则支持热插拔和通用上位机，为测试和访问CAN总线网，提供了一种便捷的解决方案。

1设计目标

适配器支持即插即用，上位机可自主配置、访问CAN总线；适配器无需MCU，DSP等CPU介入，体积小巧，便携式设计，有广泛的适应性；提供Windows平台下适配器驱动的API函数。

2硬件实现

适配器选用SJA1000芯片作为CAN控制器，该芯片支持CAN2.0B协议，有BasicCAN和PeliCAN两种工作模式，分别支持11位和29位地址识别码，通信速率可达到1Mb/s，可满足不同CAN网接入需求[12]。选用南京沁恒公司的CH341作为USB总线的转接芯片，该芯片通过USB总线不仅提供异步串口、打印口、并口，还提供常用的2线和4线等同步串行接口[3]。尤其是CH341工作在主动式并口模式下，仅凭主机的程序控制，即可直接从外部电路输入/输出数据，而无需外接单片机DSP/MCU。因此系统置SDA低电平，SCL悬空，配置CH341工作于USB总线转并口模式，实现对SJA1000的直接控制。

***1为适配器设计原理***，两者AD0～AD7相连，构成双向地址/数据总线；RST和INT与对应的引脚相连，则可通过EPP对SJA1000复位，而SJA1000的中断也可通过EPP映射到主机。在EPP工作模式下，虽然CH341主动并口地址和数据的读写时序见（***2）与SJA1000的工作时序并非完全一致，但是可通过相应逻辑转换而相匹配。SJA1000的ALE是高电平地址输入，低电平地址锁存，AS反向后则与之等效。SJA1000的RD、WD为低电平有效信号，且应在数据读/写周期时有效而地址读/写周期时无效，以负逻辑形式表示则RD=WR·DS，WD=WR·DS#。

***2CH341并口（EPP）读写时序系统直接从USB端口取电，无需外接电源。C3，C2用于外部电源退耦，C1则用于内部电源节点退耦，均为独石或钽电容。SJA1000工作时钟频率16MHz，Intel模式，CS引脚接地，上电后直接处于选通的工作状态。

以TJA1040作为CAN总线的驱动器，该芯片EMC性能出色，采用分离终端设计，提高了总线的抗电磁干扰性能[3]。STB（P8）脚接地，设置驱动器工作于高速通信模式。CANH，CANL分别对地接30nF的电容，用于滤掉总线上的高频干扰。为防止静电和外部强干扰损坏适配器，CAN总线输出接口端并联NUP2105L总线保护器。

CH341主动并口除了EPP模式还有MEN和BUS模式，其BUS模式与SJA1000的工作时序最为匹配，控制信号无需逻辑转换，可直接连接，其7位地址总线也满足SJA1000寄存器地址的需求[4]。但由于该功能尚未经厂方完全测试，且不提供API函数，因此适配器选取EPP模式，编程更为简洁，可靠。

3软件设计

在Windows操作系统下，CH341的并口驱动程序和动态链接库DLL向应用程序提供了应用层接口，这包括设备管理API、并口数据传输API以及中断处理API[45]。并在CH341DLL.H文件中给出了API参数说明。主机程序调用这些API函数，则可便捷地驱动CH341完成USB协议到并口协议的转换，进而驱动CAN控制器SJA1000。

3.1CAN总线API设计

适配器软件设计的关键就是重新封装CH341驱动中的并口API，以实现适配器CAN总线接口的API。驱动SJA1000进入目标总线状态，主要是对其功能寄存器进行合理配置，包括控制、命令、验收代码、验收屏蔽、总线时序等寄存器。这些操作均需要对指定地址进行字节数据读写的API函数[69]。依据SJA1000的读写时序，其读写API编写如下（0号设备）：

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