（安徽省消防电子工程技术研究中心；蚌埠依爱消防电子有限责任公司 安徽蚌埠 233060）
摘要：本文介绍了一种基于LPC1754的USB协议转换器的设计，并给出了硬件的设计原理和软件的设计方法。实际的工程应用表明，该设计有着使用简单、软硬件兼容性好、数据转换可靠的优点，具有很高的实用价值。
关键词：USB协议转换器；软件设计
0引言
由于计算机技术的发展，计算机的通用外围设备越来越多使用通用串行总线（USB总线），串口以及PCI接口正在逐步的从个人计算机上消失，为了适应现有计算机技术的发展趋势，该设计使用计算机上普遍使用的通用串行总线技术。可广泛应用于计算机与各类工业控制器间的通信协议的转换。此外该类设备具有通用性能好的特点，能够最大限度兼容计算机硬件平台。
1硬件设计
1.1设计要求
设计一个USB协议转换器，具有USB总线、ARCNET总线、CAN总线三种通信总线的硬件结构，能够进行软件设计完成三种协议间的相互转换功能，通信接口具有浪涌保护功能。
1.2设计方案确定
设计的协议转换其需要同时具有USB总线控制器、CAN总线控制器、ARCNET总线控制器及对应的外部总线收发器。从产品功能、成本、功耗以及设计开发的难易程度等方案考虑，选用了NXP公司生产的LPC1754处理器作为核心的信息处理器件。
1.3LPC1754芯片介绍
LPC1754是美国NXP公司生产的带有USB控制器、CAN控制器的ARM处理器，只需对其添加外部总线收发器件和一些无源器件便可实现CAN总线和USB总线的硬件电路。此外，器件还提供以AD采样、UART、SPI、GPIO等丰富接口。
1.4设计实现
协议转换器的整机实现框图如图1所示，LPC1754需要实现的功能和方法如下。
（1）实现对芯片内部USB总线控制器和CAN总线控制器的控制；同过对LPC1754芯片中外设的寄存器地址进行操作。
（2）通过GPIO口通过模拟芯片的时序，实现对ARCNET总线控制芯片COM20020控制。
（3）GPIO口通过控制74LVC4245芯片，能够明显增加电路的驱动能力，控制多个发光二极管，用以指示不同通信总线间的工作状态。
1.5硬件控制电路设计
硬件电路原理图如2-4所示，LPC1754外部需连接一个12MHz的晶振。芯片内部的USB控制器输出管脚在与33欧姆的电阻串接后直接与USB-B接插件上。芯片内部的CAN总线控制器的信号输出引脚RD1、TD1通过6N137光耦进行隔离后，与CAN总线收发器TJA1050T连接，实现CAN总线的通讯功能。LPC1754芯片中GPIO1、2端口中的低3位和低8位为别作为模拟的数据总线和地址总线与COM20020连接，用于模拟总线时序；各控制管脚增加对地电容，用于调整时序在模拟的过程中存在的问题。
2软件设计
嵌入式软件的开发工作是在Keil Uvision4的工作环境下完成的，该软件使用简单能够快速有效的完成程序的开发，在调试过程中其串口管理系统能够清晰明了的将程序展现在开发者面前。
根据协议转换器的功能需要，在主程序中对各总线控制器、I/O进行操作的代码如下。
int main (void)
{
int i;
NVIC_DisableIRQ(EINT3_IRQn); //关闭外部中断
GPIOInit();//GPIO扣初始化
USB_Init(); //USB控制器初始化
VCOM_Init(); // 枚举成为CDC设备，虚拟化串口
USB_Connect(TRUE); // USB 连接
while (!USB_Configuration) ;//USB枚举未成功
ArcnetInit();//COM20020初始化
CAN_BUSInit();//CAN控制器初始化
CAN_BUSrecive();//CAN总线滤波接收设置
NVIC_EnableIRQ(EINT3_IRQn); //打开外部中断
while (1)
{ // Loop forever
USBRead();//USB端口读取数据处理
if(CANBUS_BUSY)//CAN总线数据连续发送
{
CANBus_Communication(&CANBUS_SEND_BUF);
}
}
}
USB通讯功能在总线枚举的过程中，将USB设备枚举成为了CDC类的通讯设备，计算机加载相关驱动后，计算机认为协议转换器为一个虚拟串口，可直接使用串口助手进行通信，采用该种类型后，能够很好的兼容原有使用串口与外设进行通信的计算机软件，软件不需进行任何更改，便能够完成从UART到USB的兼容。
3.结束语
本文介绍了一种基于LPC1754处理器的协议转换器的设计，可实现USB总线、CAN总线、ARCNET总线三种通信总线间的数据传输。该设计有着使用简单、软硬件兼容性好、数据转换可靠的优点，已在多种计算机与工业控制器通信的场合中进行了应用。对于USB类协议转换器有着很强的代表性，不仅可以在开发USB设备时进行借鉴，在进行各类电路板间通信的开发过程中也有着一定的借鉴作用。
参考文献：
【1】马伟.计算机USB系统原理及其主/从机设备.北京航空航天大学出版社
【2】罗峰,孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用.电子工业出版社
论文作者:靳超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：总线论文; 控制器论文; 芯片论文; 串口论文; 通信论文; 协议转换器论文; 功能论文; 《电力设备》2018年第2期论文;