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多功能USB转换器设计与实现
导师： 学生： 学号： 专业：
课题框架
1
研究背景
2
方案设计
3
硬件设计
4
软件设计
5
实物图
6
研究结果
研究背景
目前，嵌入式系统是当前最热门、最具发展前途 的IT应用领域之一。嵌入式系统在开发过程中往往需 要借助PC机来调试和监视目标系统。而且许多系统也 需要在PC机上实时显示信息或需要受PC机控制。这 要求嵌入式系统能够通过某种接口与PC机进行通信。 现如今PC机上集成的这样的接口有很多，如RS232、 并口、USB等。然而，也有许多在嵌入式系统中常常 用到而PC机没有集成的接口，如CAN，RS485等。因 此，各种各样的转换器应用而生。本设计的主要目的 就是要把CAN、RS485和RS232转换成PC机上通用、 易用的USB。
谢谢大家!
P27 190
P26 11
P25 12
P24 13
P23 14
P22
15 16
P0. 1
P1. 2
P0. 0
P1. 3
GND
P1. 4
D+主控芯片及扩展接口 P1.5
D-
P1. 6
VDD
P1. 7
R EGIN
P2. 0
VBUS
P2. 1
2 4 P12 2 3 P13 2 2 P14 2 1 P15 2 0 P16 1 9 P17 1 8 P20 1 7 P21
通讯协议设计
下位机设计（包括USB驱动程序开 发）
PC机
上位机程序设计
通讯协议设计
下位机设计（不包括USB驱动程序开 发）
硬件设计
硬件设计主要包括以下几个模块：
➢电源电路设计
➢主控芯片最小系统电路设计
➢RS485电路模块设计
➢RS232电路模块设计
➢CAN模块电路设计
6
GND GND
J1
GND UD+ UD+5V
4 3 D+ 2 D1
3
VCC5. 0
U3 PESD1 CAN
4 85 B 2
2
1
1 4 85 A
P05 P21
P04
U6
1 2 3 4
R0 RE DE DI
VCC B A
GND
MAX4 87
VCC5. 0 C9 8 7 4 85 B 6 4 85 A 5
0 .1 u F
R3 1 20
MAX4 85
研究成果
经过数月努力，本人已经完成此次设计的任务。主要 成果如下： ➢完成硬件设计，可提供USB转换器硬件 ➢完成软件设计，可提供USB转换器的固件和上位机软件 ➢可提供使用说明书
同时，该USB转换器还存在一些缺陷，如RS485发送 汉字时有时会出现乱码，虽然已经找到了原因，但由于时 间原因没有能够改进。
R2 1 20
CAN
1 2
CON2
J2
VCC5. 0
1 6 2 7 3 8 4 9 5
C3 0 .1 u F 1 C4 0 .1 u F 2 3 C5 0 .1 u F 4 5 C7 0 .1 u F 6 7 8
U7 C1+ V+ C1C2+ C2VT2o u t R2 in
VCC GND T1o u t R1 in R1 ou t T1i n T2i n R2 ou t
通
讯 动
态
协 链
固件（下位机软件）
接
库
议
软件设计之通讯协议
数据通信以数据帧为单位，数据帧由帧头和数据区两部 分组成。帧头包含有模式状态信息（MODE）、命令信息 （CMD）、需要回应标志位（ACK）、回应帧标志位（AF） 和数据区的长度（LENGTH）。接收时先获取数据帧的帧头 （两个字节），然后根据帧头中的数据区长度信息接收数据 区。发送可以数据帧为单位，也可先发帧头，再发数据区。
1 2
RS48 5
U2 PESD1 CAN
CANL 2
2
3
VCC3. 3
R6
3 30
1
1 CANH
DATA
R1
3
3
USBB
C1 C2
3 30
J P3
J P1
5
1 0u F0 .1 u F
POWER1
LED
VCC5. 0
P02 P03
1 2 3
VDD
4
IIC
P0. 2 P0. 3 P0. 4 P0. 5 P0. 6 P0. 7 P1. 0 P1. 1
P02
32 P03
31 P04
30 P05
29 P06
28 P07
27 P10
26 25
P11
P00
P01
P02
P03
U5
VDD
1 2 3 4 5 6
SPI
U1
C8 0 .1 u F
TXCAN 1 2
VCC5. 0 3 RXCAN4
TXD RS VSS CANH VDD CANL RXD VREF
8 7 CANH 6 CANL 5
方案设计
MAX232 MAX485
STM32
UART 控制
器
CAN 控制
器
CAN 收发 器
USB控制器
MAX232 MAX485
USB头 供电
C8051F320
GPIO
UART控 制器
USB控制器
CAN 控制
器
CAN 收发
器
USB头
供电
方 案 一
方 案 二
PC机 上位机程序设计 USB驱动程序设计
C8 05 1 F32 0
C2 DAT C2 CLK
J P2 VCC5. 0
3 2 1
J4 1 2 3
CON3
VDD
VCC3. 3
TXCAN 1
RXCAN 2
3
4
5
6
7
Y1
8
9
C10
2 0M
C11
1 5p F
1 5p F
TJA1 0 50 U4
TXC AN
VDD
RXCAN
R ESET
CLKOUT/SOF CS
TX0R TS
SO
TX1R TS
SI
TX2R TS
SCK
OSC2
INT
OSC1
RX0 BF
VSS
RX1 BF
MCP25 1 5
VCC5. 0
C1 2 0 .1 u F
18
17
P26
16
P25
15
P24
14
P23
13
P22
12
P07
11
10
DB9
MAX2 32
软件设计
配置文件 生成器 配置文件
上位机 主控软件
1 6 C6 0 .1 u F
15
14
13
12
11 P05
10
9
P04
J5
1 2 3 4
P01 1
P00 2
Fra Baidu bibliotek
GND 3
D+ 4
D-
5
VCC3. 3 6
VCC5. 0 7
VCC5. 0 8
VCC5. 0 R4 R5
C2 DAT 2K
C2 CLK 2K
C2CLK C2DAT
RST/C2CK P3. 0 /C2 D P2. 7 P2. 6 P2. 5 P2. 4 P2. 3 P2. 2
BIT 数据帧帧头格式
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6 5 43210
MODE
CMD
ACK
AF
LENGTH
切换到CAN模式 回应切换到CAN模式 回应CAN模式初始化
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0x00 0x01 0x01
软件设计之配置文件生成器
软件设计之主控软件
实物图
导师： 学生： 学号： 专业：
课题框架
1
研究背景
2
方案设计
3
硬件设计
4
软件设计
5
实物图
6
研究结果
研究背景
目前，嵌入式系统是当前最热门、最具发展前途 的IT应用领域之一。嵌入式系统在开发过程中往往需 要借助PC机来调试和监视目标系统。而且许多系统也 需要在PC机上实时显示信息或需要受PC机控制。这 要求嵌入式系统能够通过某种接口与PC机进行通信。 现如今PC机上集成的这样的接口有很多，如RS232、 并口、USB等。然而，也有许多在嵌入式系统中常常 用到而PC机没有集成的接口，如CAN，RS485等。因 此，各种各样的转换器应用而生。本设计的主要目的 就是要把CAN、RS485和RS232转换成PC机上通用、 易用的USB。
谢谢大家!
P27 190
P26 11
P25 12
P24 13
P23 14
P22
15 16
P0. 1
P1. 2
P0. 0
P1. 3
GND
P1. 4
D+主控芯片及扩展接口 P1.5
D-
P1. 6
VDD
P1. 7
R EGIN
P2. 0
VBUS
P2. 1
2 4 P12 2 3 P13 2 2 P14 2 1 P15 2 0 P16 1 9 P17 1 8 P20 1 7 P21
通讯协议设计
下位机设计（包括USB驱动程序开 发）
PC机
上位机程序设计
通讯协议设计
下位机设计（不包括USB驱动程序开 发）
硬件设计
硬件设计主要包括以下几个模块：
➢电源电路设计
➢主控芯片最小系统电路设计
➢RS485电路模块设计
➢RS232电路模块设计
➢CAN模块电路设计
6
GND GND
J1
GND UD+ UD+5V
4 3 D+ 2 D1
3
VCC5. 0
U3 PESD1 CAN
4 85 B 2
2
1
1 4 85 A
P05 P21
P04
U6
1 2 3 4
R0 RE DE DI
VCC B A
GND
MAX4 87
VCC5. 0 C9 8 7 4 85 B 6 4 85 A 5
0 .1 u F
R3 1 20
MAX4 85
研究成果
经过数月努力，本人已经完成此次设计的任务。主要 成果如下： ➢完成硬件设计，可提供USB转换器硬件 ➢完成软件设计，可提供USB转换器的固件和上位机软件 ➢可提供使用说明书
同时，该USB转换器还存在一些缺陷，如RS485发送 汉字时有时会出现乱码，虽然已经找到了原因，但由于时 间原因没有能够改进。
R2 1 20
CAN
1 2
CON2
J2
VCC5. 0
1 6 2 7 3 8 4 9 5
C3 0 .1 u F 1 C4 0 .1 u F 2 3 C5 0 .1 u F 4 5 C7 0 .1 u F 6 7 8
U7 C1+ V+ C1C2+ C2VT2o u t R2 in
VCC GND T1o u t R1 in R1 ou t T1i n T2i n R2 ou t
通
讯 动
态
协 链
固件（下位机软件）
接
库
议
软件设计之通讯协议
数据通信以数据帧为单位，数据帧由帧头和数据区两部 分组成。帧头包含有模式状态信息（MODE）、命令信息 （CMD）、需要回应标志位（ACK）、回应帧标志位（AF） 和数据区的长度（LENGTH）。接收时先获取数据帧的帧头 （两个字节），然后根据帧头中的数据区长度信息接收数据 区。发送可以数据帧为单位，也可先发帧头，再发数据区。
1 2
RS48 5
U2 PESD1 CAN
CANL 2
2
3
VCC3. 3
R6
3 30
1
1 CANH
DATA
R1
3
3
USBB
C1 C2
3 30
J P3
J P1
5
1 0u F0 .1 u F
POWER1
LED
VCC5. 0
P02 P03
1 2 3
VDD
4
IIC
P0. 2 P0. 3 P0. 4 P0. 5 P0. 6 P0. 7 P1. 0 P1. 1
P02
32 P03
31 P04
30 P05
29 P06
28 P07
27 P10
26 25
P11
P00
P01
P02
P03
U5
VDD
1 2 3 4 5 6
SPI
U1
C8 0 .1 u F
TXCAN 1 2
VCC5. 0 3 RXCAN4
TXD RS VSS CANH VDD CANL RXD VREF
8 7 CANH 6 CANL 5
方案设计
MAX232 MAX485
STM32
UART 控制
器
CAN 控制
器
CAN 收发 器
USB控制器
MAX232 MAX485
USB头 供电
C8051F320
GPIO
UART控 制器
USB控制器
CAN 控制
器
CAN 收发
器
USB头
供电
方 案 一
方 案 二
PC机 上位机程序设计 USB驱动程序设计
C8 05 1 F32 0
C2 DAT C2 CLK
J P2 VCC5. 0
3 2 1
J4 1 2 3
CON3
VDD
VCC3. 3
TXCAN 1
RXCAN 2
3
4
5
6
7
Y1
8
9
C10
2 0M
C11
1 5p F
1 5p F
TJA1 0 50 U4
TXC AN
VDD
RXCAN
R ESET
CLKOUT/SOF CS
TX0R TS
SO
TX1R TS
SI
TX2R TS
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OSC2
INT
OSC1
RX0 BF
VSS
RX1 BF
MCP25 1 5
VCC5. 0
C1 2 0 .1 u F
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17
P26
16
P25
15
P24
14
P23
13
P22
12
P07
11
10
DB9
MAX2 32
软件设计
配置文件 生成器 配置文件
上位机 主控软件
1 6 C6 0 .1 u F
15
14
13
12
11 P05
10
9
P04
J5
1 2 3 4
P01 1
P00 2
Fra Baidu bibliotek
GND 3
D+ 4
D-
5
VCC3. 3 6
VCC5. 0 7
VCC5. 0 8
VCC5. 0 R4 R5
C2 DAT 2K
C2 CLK 2K
C2CLK C2DAT
RST/C2CK P3. 0 /C2 D P2. 7 P2. 6 P2. 5 P2. 4 P2. 3 P2. 2
BIT 数据帧帧头格式
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6 5 43210
MODE
CMD
ACK
AF
LENGTH
切换到CAN模式 回应切换到CAN模式 回应CAN模式初始化
0
0
1
1
1
1
1
1
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0
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1
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1
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1
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1
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软件设计之配置文件生成器
软件设计之主控软件
实物图