ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА ИНТЕРФЕЙСА CAN 2.0В ПО ДВУХПРОВОДНОЙ ТОКОВОЙ ЛИНИИ

Полезная модель относится к устройствам сопряжения логических низковольтных слаботочных схем с протяженными линиями передачи данных и может быть использована для сопряжения микросхемы контроллера интерфейса CAN BUS с линией передачи данных.
Известно многоканальное устройство [1] для сопряжения вычислительных машин, содержащее группу из N каналов, каждый из которых содержит триггер заявок, элемент ИЛИ, элемент И, коммутатор, дешифратор адреса. Известны также устройства преобразования [2, стр.209-210, рис.6.25, 6.26] сигналов низкого уровня в сигналы высокого уровня и сигналов высокого уровня в сигналы низкого уровня. Устройство преобразования сигналов низкого уровня в сигналы высокого уровня представляет собой усилительную схему на основе трех транзисторов. Устройство преобразования сигналов высокого уровня в сигналы низкого уровня выполнено в виде набора транзисторных ключей и имеет на своем входе защитную диодную схему. Устройства преобразования выполнены в виде интегральных микросхем. Недостатком известных устройств является низкая надежность, обусловленная отсутствием гальванической развязки частей схемы, работающих с сигналами низкого уровня и сигналами высокого уровня.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является устройство сопряжения [3, стр.235, рис.6.14в], содержащее формирователь трансформаторной линии, оконечный усилитель, усилитель-ограничитель, трансформатор. Устройство обеспечивает сопряжение микропроцессора адаптера мультиплексного канала с двухпроводной линией передачи данных. Недостатком прототипа является недостаточная помехозащищенность и значительные габариты, связанные с использованием трансформаторов.
Задачей полезной модели является создание компактного приемопередатчика цифрового канала связи для использования в
отказоустойчивых системах передачи данных, обеспечивающего обмен данными по помехозащищенной линии связи.
Сущность полезной модели заключается в том, что приемопередатчик цифрового канала связи содержит источник питания цепей линии передачи данных, первый диод, варистор, конденсатор, катушку индуктивности, второй диод, третий диод, оптрон приемника, оптрон передатчика, первый транзистор, первый резистор, второй резистор, третий резистор, первый стабилитрон, при этом первый вывод катушки индуктивности является первым выводом для подключения к линии передачи данных, а второй ее вывод соединен с катодом второго диода, анодом третьего диода, коллектором первого транзистора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с катодом светодиода оптрона приемника, катод третьего диода соединен с шиной питания цепей линии передачи данных, с которой также соединены первые выводы конденсатора и варистора, вторые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала цепей линии передачи данных, с шиной питания цепей линии передачи данных также соединены коллектор фототранзистора оптрона передатчика, анод светодиода оптрона приемника и катод первого диода, анод которого соединен с положительным выводом источника питания цепей линии передачи данных, отрицательный вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала цепей линии передачи данных, коллектор фототранзистора оптрона приемника образует вывод сигнала принимаемых данных, эмиттер фототранзистора оптрона приемника соединен с шиной нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, вывод которой образует вывод шины нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, анод светодиода оптрона передатчика соединен с шиной питания приемопередатчика цифрового канала связи, вывод которой образует вывод питания приемопередатчика цифрового канала связи, катод светодиода оптрона передатчика образует вывод сигнала передаваемых данных, с эмиттером фототранзистора оптрона передатчика соединен первый вывод второго резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и катодом первого стабилитрона, анод которого подключен к шине нулевого
потенциала цепей линии передачи данных, с которой также соединен анод второго диода и первый вывод третьего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора, вывод шины нулевого потенциала цепей линии передачи данных образует второй вывод для подключения к линии передачи данных. Кроме этого приемопередатчик цифрового канала связи может что дополнительно содержать контрольный оптрон, отключающий оптрон, второй транзистор, четвертый резистор, пятый резистор, второй стабилитрон, при этом между третьим резистором и шиной нулевого потенциала цепей линии передачи данных включен фототранзистор отключающего оптрона, причем эмиттер фототранзистора отключающего оптрона соединен с шиной нулевого потенциала цепей линии передачи данных, а коллектор фототранзистора отключающего оптрона соединен с первым выводом третьего резистора, а также с эмиттером второго транзистора и первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с базой второго транзистора и анодом второго стабилитрона, катод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора, коллектор второго транзистора соединен с катодом светодиода контрольного оптрона, анод светодиода контрольного оптрона соединен с шиной питания цепей линии передачи данных, коллектор фототранзистора контрольного оптрона образует вывод сигнала контроля, эмиттер фототранзистора контрольного оптрона соединен с шиной нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, анод светодиода отключающего оптрона соединен с шиной питания приемопередатчика цифрового канала связи, катод светодиода отключающего оптрона образует вывод сигнала отключения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена электрическая принципиальная схема приемопередатчика.
На чертеже обозначено:
1 - первый вывод для подключения к линии передачи данных;
2 - второй вывод для подключения к линии передачи данных;
3 - вывод сигнала принимаемых данных;
4 - вывод сигнала передаваемых данных;
5 - источник питания цепей линии передачи данных;
6 - вывод питания приемопередатчика цифрового канала связи;
7 - вывод шины нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи;
8 - шина питания цепей линии передачи данных;
9 - шина нулевого потенциала цепей линии передачи данных;
10 - шина питания приемопередатчика цифрового канала связи;
11 - шина нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи;
12 - первый диод;
13 - варистор;
14 - конденсатор;
15 - катушка индуктивности;
16 - второй диод;
17 - третий диод;
18 - оптрон приемника;
19 - оптрон передатчика;
20 - первый транзистор;
21 - первый резистор;
22 - второй резистор;
23 - третий резистор;
24 - первый стабилитрон;
25 - вывод сигнала контроля;
26 - вывод сигнала отключения;
27 - контрольный оптрон;
28 - отключающий оптрон;
29 - второй транзистор;
30 - четвертый резистор;
31 - пятый резистор;
32 - второй стабилитрон.
Приемопередатчик цифрового канала связи содержит источник 5 питания цепей линии передачи данных, первый диод 12, варистор 13, конденсатор 14, катушку 15 индуктивности, второй диод 16, третий диод 17, оптрон 18 приемника, оптрон 19 передатчика, первый транзистор 20, первый резистор 21, второй резистор 22, третий резистор 23, первый стабилитрон 24, при этом первый вывод катушки 15 индуктивности является первым выводом 1 для подключения к линии передачи данных, а второй ее вывод соединен с катодом второго диода 16, анодом третьего диода 17, коллектором первого транзистора 20 и первым выводом первого резистора 21, второй вывод которого соединен с катодом светодиода оптрона 18 приемника, катод третьего диода 17 соединен с шиной 8 питания цепей линии передачи данных, с которой также соединены первые выводы конденсатора 14 и варистора 13, вторые выводы которых соединены с шиной 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных, с шиной 8 питания цепей линии передачи данных также соединены коллектор фототранзистора оптрона 19 передатчика, анод светодиода оптрона 18 приемника и катод первого диода 12, анод которого соединен с положительным выводом источника 5 питания цепей линии передачи данных, отрицательный вывод которого соединен с шиной 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных, коллектор фототранзистора оптрона 18 приемника образует вывод 3 сигнала принимаемых данных, эмиттер фототранзистора оптрона 18 приемника соединен с шиной 11 нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, вывод которой образует вывод 7 шины нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, анод светодиода оптрона 19 передатчика соединен с шиной 10 питания приемопередатчика цифрового канала связи, вывод которой образует вывод 6 питания приемопередатчика цифрового канала связи, катод светодиода оптрона 19 передатчика образует вывод 4 сигнала передаваемых данных, с эмиттером фототранзистора оптрона 19 передатчика соединен первый вывод второго резистора 22, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора 20 и катодом первого стабилитрона 24, анод которого подключен к шине 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных, с которой также соединен анод второго диода 16 и
первый вывод третьего резистора 23, второй вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора 20, вывод шины 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных образует второй вывод 2 для подключения к линии передачи данных.
Первый вывод третьего резистора 23 и анод первого стабилитрона 24 подключены к шине 22 либо непосредственно, либо через переход коллектор-эмиттер фототранзистора отключающего оптрона 28.
Приемопередатчик цифрового канала связи может дополнительно содержать контрольный оптрон 27, отключающий оптрон 28, второй транзистор 29, четвертый резистор 30, пятый резистор 31, второй стабилитрон 32, при этом между третьим резистором 23 и шиной 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных включен фототранзистор отключающего оптрона 28, причем эмиттер фототранзистора отключающего оптрона 28 соединен с шиной 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных, а коллектор фототранзистора отключающего оптрона 28 соединен с первым выводом третьего резистора 23, а также с эмиттером второго транзистора 29 и первым выводом пятого резистора 31, второй вывод которого соединен с базой второго транзистора 29 и анодом второго стабилитрона 32, катод которого соединен с первым выводом четвертого резистора 30, второй вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора 20, коллектор второго транзистора 29 соединен с катодом светодиода контрольного оптрона 27, анод светодиода контрольного оптрона 27 соединен с шиной 8 питания цепей линии передачи данных, коллектор фототранзистора контрольного оптрона 27 образует вывод 25 сигнала контроля, эмиттер фототранзистора контрольного оптрона 27 соединен с шиной 11 нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, анод светодиода отключающего оптрона 28 соединен с шиной 10 питания приемопередатчика цифрового канала связи, катод светодиода отключающего оптрона 28 образует вывод 26 сигнала отключения.
Источник 5 питания цепей линии передачи данных представляет собой вторичный источник электропитания, обеспечивающий подачу
стабилизированного напряжения на элементы приемопередатчика, непосредственно связанные с линией передачи данных.
Оптрон 18 приемника, оптрон 19 передатчика, контрольный оптрон 27 и отключающий оптрон 28 представляют собой устройства, состоящие из светодиода и фототранзистора, причем выводы светодиода и фототранзистора электрически не связаны.
К одной линии передачи данных может быть подключено два и более приемопередатчиков.
Конденсатор 14 и катушка 15 индуктивности являются фильтрующими элементами. Конденсатор 14 заряжается до наибольшего напряжения из напряжений источников питания цепей линии передачи данных всех приемопередатчиков, подключенных к линии передачи данных.
Варистор 13 служит для защиты схемы от повышенного напряжения, которое может возникнуть вследствие воздействия помех на линию связи.
Первый транзистор 20, третий резистор 23 и первый стабилитрон 24 составляют источник тока.
Третий резистор 23 используется в качестве датчика тока.
Приемопередатчик цифрового канала связи работает следующим образом.
Передача данных осуществляется следующим образом. Цифровой сигнал поступает на вывод 4 сигнала передаваемых данных. При подаче на вывод 4 сигнала высокого уровня ток через светодиод оптрона 19 передатчика отсутствует, фототранзистор оптрона 19 передатчика закрыт, первый транзистор 20 закрыт, ток в линии передачи данных отсутствует. При подаче на вывод 4 сигнала низкого уровня протекает ток через светодиод оптрона 19 передатчика, что приводит к открытию фототранзистора оптрона 19 передатчика, что обеспечивает протекание тока между шиной 8 питания цепей линии передачи данных и шиной 9 нулевого потенциала цепей линии передачи данных через второй резистор 22 и первый стабилитрон 24, напряжение на первом стабилитроне 24 определяет напряжение база-эмиттер первого транзистора 20 и соответственно ток через первый транзистор 20, то есть в линии передачи данных обеспечивается протекание стабилизированного тока. Напряжение на
третьем резисторе 23, пропорциональное току в линии передачи данных, контролируется цепью, содержащей второй стабилитрон 32, четвертый и пятый резисторы 30 и 31, второй транзистор 29. Данная цепь обеспечивает передачу данных о высоком или низком уровне тока в линии передачи данных через контрольный оптрон 27 на вывод 25 сигнала контроля. Внешнее устройство, например, микроконтроллер, анализирует сигнал на выводе 25 сигнала контроля и при обнаружении неисправности, например, при постоянном наличии тока в линии передачи данных вне зависимости от сигнала, подаваемого на вывод 4 сигнала передаваемых данных, обеспечивает отключение приемопередатчика путем подачи сигнала высокого уровня на вывод 26 сигнала отключения, что приводит к отсутствию тока через светодиод отключающего оптрона 28, фототранзистор отключающего оптрона 28 закрывается и разрывает цепь линии передачи данных, что обеспечивает возможность продолжения нормальной работы других приемопередатчиков, подключенных к линии передачи данных.
Прием данных осуществляется следующим образом. При наличии сигнала низкого уровня на первом выводе 1 для подключения к линии передачи данных сигнала низкого уровня, протекает тока через первый резистор 21 и светодиод оптрона 18 приемника, фототранзистор оптрона 18 приемника открыт, и вывод 3 сигнала принимаемых данных замыкается на шину 11 нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи, то есть на выводе 3 формируется сигнал низкого уровня. При наличии сигнала высокого уровня на первом выводе 1 для подключения к линии передачи данных сигнала низкого уровня, тока через первый резистор 21 и светодиод оптрона 18 приемника не протекает, фототранзистор оптрона 18 приемника 18 закрыт и вывод 3 сигнала принимаемых данных отключен от шины 11 нулевого потенциала приемопередатчика цифрового канала связи.
Таким образом, в результате использования полезной модели достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности передачи данных по помехозащищенным линиям передачи данных и сохранении работоспособности остальной системы передачи данных при выходе из строя приемопередатчика.
Представленные чертежи и описание позволяют изготовить приемопередатчик цифрового канала связи на основе известной элементной базы, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ №2109334, МПК G06F 15/16, опубл. 20.04.1998.
2. Хилбурн Дж, Джулич П. Микро-ЭВМ и микропроцессоры: технические средства, программное обеспечение, применения. М. "Мир", 1979.
3. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник / С.Т.Хвощ, Н.Н.Варлинский, Е.А.Попов; Под общ. ред. С.Т.Хвоща. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 640 с.: ил.