rs232串口芯片原理图（智嵌物联CAN转串口RS485）

CAN通讯以其高稳定性，被广泛应用在工业通讯、工业物联网以及工业控制领域。传统的设备大都是串口通讯如RS485/RS232，这类设备如果要接入CAN网络，一般需要CAN转换器。针对这种应用，智嵌物联ZQWL研发出了高稳定高效率的CAN转串口/CAN转网络系列设备，如CAN转串口系列有型号ZQWL-RCAN-1C311/1D311，CAN转网络系列有型号ZQWL-CANET-1C111/1C112等。

本文以ZQWL-RCAN-1C311为例介绍CAN与串口设备的转换使用说明。

一、硬件准备

为了测试1C311，需要以下硬件：

• 1C311一个；
• DC5V 1A电源适配器一个；
• 串口线一个（如果不测RS232功能，可以不用）；
• 串口（或USB）转RS485接头一个（如果不测RS485功能，可以不用）；
• USB转CAN设备一个（推荐型号：ZQWL-UCAN-5C121）；

1.1 透传测试

先用产品的默认参数来测试，默认参数如下：

1、RS232与CAN透传测试

用串口线将电脑和设备的RS232口（DB9）连接，连接好usb转CAN调试器（第一次使用需要安装软件和驱动，详细使用方法请咨询相关厂家），然后DC5V 1A电源适配器给设备供电。

打开串口调试助手，选择所用的串口号，并将串口的参数按照图1.2.2设置。设置好后打开串口。

打开usb转can调试软件，设置好波特率为250kbps：

图 1.2.2 RS232与CAN数据透传

经过以上步骤后，CAN与RS232就可以互相发数据了。

2、RS485与CAN透传测试

用串口（或USB）转RS485接头将电脑和设备的RS485口（绿色插头，A接A，B接B）连接，连接好usb转CAN调试器（第一次使用需要安装软件和驱动，详细使用方法请咨询相关厂家），然后用DC5V 1A电源适配器给设备供电。

测试方法和RS232与CAN透传完全一样。

二、功能简介

ZQWL-RCAN-1C311是一款小巧精致、高性能、高稳定性的串口转CAN模块。它具有1路RS232接口、1路RS485接口和1路CAN接口。串口的波特率支持1200~460800bps；CAN的波特率支持10kbps~1000kbps。可以通过RS232/485 实现对设备的固件升级，使用非常方便。

用户利用它可以轻松完成串口设备与CAN设备的互联。

2.1 硬件特点

2.2 设备特性

·实现CAN与RS232/485 的双向数据通讯；

·支持Modbus RTU协议转换；

·可以通过RS232/485 实现对设备的固件升级，方便定制固件；

·接口静电防护；浪涌防护；具有优良的EMC性能；

·14组可设置的滤波器；

· 4种工作模式：透明转换、透明带标识转换、格式转换和Modbus RTU协议转换；

·具有离线检测和自动恢复功能；

· 符合CAN 2.0B规范，兼容CAN 2.0A；符合ISO 11898-1/2/3。

· 波特率支持10kbps~1000kbps。

·CAN缓冲器达1000帧，保证数据不丢失；

· 高速转换，串口在115200波特率，CAN在250kbps下，CAN发送速度可达1270扩展帧/秒（接近理论最大值1309）；串口在460800波特率，CAN在1000kbps下，CAN发送速度可达5000扩展帧/秒以上；

三、模块硬件接口3.1 模块接口及尺寸

图2 尺寸

3.2 模块指示灯含义

本模块共有4个LED指示灯：PWR、RUN、COM和CAN。其基本含义如表1：

表1 指示灯基本含义

3.1 RS232/485接口

本模块共有1路RS232/485接口（5.00mm绿色端子引出），其中RS232采用DB9母头（孔型），信号定义如下：

可以与标准公头串口线对接。

3.4 电源接口

本模块采用DC5~36V宽压供电，模块功率小于0.2W。

供电接口采用两种：5.08mm间距工业级接线端子和黑色电源适配器插座，两种接口任选其一，如下图：

3.5 CAN接口

CAN接口采用5.00mm绿色端子方式引出，接口具有120欧姆终端电阻选择功能。

其中“RS”为终端电阻选择，如果用导线将“RS”和“CAN_L”连接起来，则模块内部的120欧电阻并入到CAN总线中；否则，120欧电阻未接入总线。

（按照ISO 11898规范，为了增强CAN-bus 通讯的可靠性，CAN-bus 总线网络的两个端点

通常要加入终端匹配电阻（120Ω），如下图所示。终端匹配电阻的大小由传输电缆的特性阻抗所决定，例如，双绞线的特性阻抗为120Ω，则总线上的两个端点也应集成120Ω终端电

阻。）

四、模块参数配置

本模块可以用“智嵌物联CAN转串口配置软件”通过RS232或RS485接口来实现对模块的参数配置。如果不慎配置错误而导致无法连接设备，可以通过“CFG”按钮来恢复出厂参数（按住CFG，保持5秒，3个绿色指示灯同步闪烁后，再松开）。

4.1 智嵌串口服务器配置软件

配置前必须要知道模块上次配置成功的RS232/485波特率，如果忘记，可以通过对模块恢复出厂，出厂参数为115200,8，N，1：

第一步选择合适的“串口号”；

第二步选择上次模块的波特率等参数；

第三步“打开串口”；

第四步“获取设备参数”；

五、转换参数设置

该部分规定了设备的转换模式、转换方向、CAN标识符在串行中的位置、CAN信息是否转串行中以及CAN帧ID是否转串行中等。

5.1 转换模式

转换模式有4种可以选择：透明转换、透明带标识转换，格式转换和Modbus协议转换。

• 透明转换

是将一种格式的总线数据原样转换成另一种总线的数据格式，而不附加数据和对数据做修改。这样既实现了数据格式的交换又没有改变数据内容，对于两端的总线来说转换器如同透明的一样。这种方式下不会增加用户通讯负担，而能够实时的将数据原样转换，能承担较大流量的数据的传输。

• 透明带标识转换

是透明转换的一种特殊的用法，也不附加协议。这种转换方式是根

据通常的串行帧和CAN 报文的共有特性，使这两种不同的总线类型也能轻松的组建同一个

通信网络。该方式能将串行帧中的“地址”转换到CAN 报文的标识域中，其中串行帧“地址”在串行帧中的起始位置和长度均可配置，所以在这种方式下，转换器能最大限度地适应用户的自定义协议。

• 格式转换

是一种最简单的使用模式，数据格式约定为13 字节，包含了CAN 帧的所以信息。

• Modbus协议转换

是将标准的Modbus RTU串行数据协议转换成特定的CAN数据格式，此种转换一般要求CAN总线设备报文可编辑。

5.2 转换方向

有3种可以选：双向、仅串口转CAN和仅CAN 转串口。

双向：转换器将串行总线的数据转换到CAN 总线，也将CAN 总线的数据转换到串行

总线。

仅串口转CAN：只将串行总线的数据转换到CAN 总线，而不将CAN 总线的数据转换

到串行总线。这种方式可以最大限度的过滤掉CAN总线上的干扰。

仅CAN 转串口：只将CAN 总线的数据转换到串行总线，而不将串行总线的数据转换

到CAN 总线。

5.3 CAN标识符在串行中的位置

该参数只有在“透明带ID转换”模式下有效：

在串口数据转换成CAN 报文时，CAN 报文的帧ID 的起始字节在串行帧中的偏移地址和帧ID 的长度。

帧ID 长度在标准帧的时候可填充1 到2 个字节，分别对应CAN 报文的ID1，ID2，在扩展帧的时候可以填充1～4 个字节ID1，ID2，ID3 和ID4。标准帧时ID 为11 位，扩展帧时ID 为29 位。

获取参数成功后，就可以修改参数了，修改完成，点击“保存设备参数”，然后重启设备。下面对配置软件里的各项参数进行说明。

5.4 CAN信息是否转串行中

该参数仅在“透明转换”模式下使用，当选中该项后，转换器工作时会将CAN 报文的

帧信息添加在串行帧的第一个字节。未选中时不转换CAN 的帧信息 。

5.5 CAN帧ID是否转串行中

该参数仅在“透明转换”模式下使用，当选中该项后，转换器工作时会将CAN 报文的

帧ID 添加在串行帧的帧数据之前，帧信息之后（如果允许帧信息转换）。未选中时不转换

CAN 的帧ID。

六、CAN参数设置

该部分可以设置转换器的CAN的波特率、CAN发送ID、帧类型以及CAN的滤波器。

CAN波特率支持10kbps~1000kbps，也支持用户自己定义。帧类型支持扩展帧和标准帧。CAN的帧ID为十六进制格式，在“透明转换”模式和“透明带标识转换”模式时有效，向CAN总线以此ID发送数据；在“格式转换”模式下该参数无效。

CAN接收滤波器共有14组，每组都有“滤波类型”、“过滤验收码”和“过滤屏蔽码”组成。下面详细介绍如何使用。

6.1 CAN波特率设置

波特率列表里已经预定了大部分常用波特率：

如果需要其他波特率，可以选择“自定义”，然后再点“自定义波特率”来设置期望波特率：

波特率计算公式为：36000000/(同步段 相位缓冲段1 相位缓冲段2)/预分频；

例如250K的波特率：36000000/(1 15 2)/8 = 250000 = 250K。

一般情况下，只需要在“期望波特率”里填写所需的波特率，软件就会自动计算出相应的参数（比如：预分频），这时会得到一个“实际波特率”，如果两者的值不同，可以打开“高级选项”：

6.2 CAN滤波器设置

CAN的14组接收滤波器在出厂时都处于禁止状态，即不对CAN总线数据做过滤。当用户需要使用滤波器时，只需要在配置软件里添加即可，一共可以添加14组：

滤波类型：可选“标准帧”和“扩展帧”；

过滤验收码：用于比对CAN接收到的帧ID，以确定该帧是否被接收，十六进制格式。

过滤屏蔽码：用于屏蔽验收码里的某些位，以确定验收码某些位（bit）是否参与比对（对应位为0不参与比对，为1参与比对），十六进制格式。

举例1：滤波器类型选择“标准帧”；“过滤验收码”填00 00 00 01，“过滤屏蔽码”填00 00 0F FF；

释义：由于标准帧ID只有11位，验收码和屏蔽码最后11位有意义， 屏蔽码最后11位全是1，所以验收码的后11位全部参与比对，因此上述设置可以让帧ID为0001的标准帧通过。

举例2：滤波器类型选择“标准帧”；“过滤验收码”填00 00 00 01，“过滤屏蔽码”填00 00 0F F0；

释义：同例1，标准帧只有11位有效，屏蔽码的最后4位是0，表示验收码的最后4位不参与对比，因此上述设置可以让帧ID从00 00到000F的一组标准帧通过。

举例3：滤波器类型选择“扩展帧”；“过滤验收码”填00 03 04 01，“过滤屏蔽码”填1F FF FF FF；

释义：扩展帧有29位，屏蔽码的后29位全为1，表示验收码的后29位全部参与比对，因此上述设置可以让帧ID为00 03 04 01的扩展帧通过。

举例4：滤波器类型选择“扩展帧”；“过滤验收码”填00 03 04 01，“过滤屏蔽码”填1F FC FF FF；

释义：根据上述设置可以让帧ID从00 00 04 01到00 0F 04 01的一组扩展帧通过。

七、转换示例7.1 透明转换

透明转换方式下，转换器接收到一侧总线的数据就立即转换发送至另一总线侧。

1. 串行帧转CAN

串行帧的全部数据依序填充到CAN 报文帧的数据域里。转换器接收到串行总线上的一帧数据后立即转到CAN总线上。转换成的CAN 报文帧信息（帧类型部分）和帧ID 来自用户事先的配置，并且在转换过程中帧类型和帧ID 一直保持不变。

数据转换对应格式如下图所示：

如果收到串的行帧长度小于等于8字节，依序将字符1到n（n为串行帧长度）填充到CAN报文的数据域的1到n个字节位置（如下图中n为7）。

如果串行帧的字节数大于8，那么处理器从串行帧首个字符开始，第一次取8个字符依

次填充到CAN报文的数据域。将数据发至CAN总线后，再转换余下的串行帧数据填充到CAN报文的数据域，直到其数据被转换完。

例如，CAN参数设置中选择了“标准帧”，CAN ID 填00000060，注意标准帧只有后11位有效。

转成CAN的数据如下：

CAN帧转串口

对于CAN总线的报文也是收到一帧就立即转发一帧。数据格式对应如下图所示。

转换时将CAN报文数据域中的数据依序全部转换到串行帧中。

如果在配置的时候，开启了“CAN信息是否转串行中”，那么转换器会将CAN报文的“帧信息”字节直接填充至串行帧。

如果开启了“CAN帧ID是否转串行中”，那么也将CAN报文的“帧ID”字节全部填充至串行帧。

例如，开启了“CAN信息是否转串行中”，不开启“CAN帧ID是否转串行中”，CAN帧转到串行如下图：

7.2 透明带ID转换

透明带标识转换是透明转换的特殊用法，有利于用户通过转换器更方便的组建自己的网

络，使用自定的应用协议。

该方式把串行帧中的地址信息自动转换成CAN总线的帧ID。只要在配置中告诉转换器

该地址在串行帧的起始位置和长度，转换器在转换时提取出这个帧ID 填充在CAN 报文的

帧ID域里，作为该串行帧的转发时的CAN报文的ID。在CAN报文转换成串行帧的时候也把CAN报文的ID转换在串行帧的相应位置。注意在该转换模式下，配置软件的“CAN参数设置”项的“CAN ID”无效，因为此时发送的标识符（帧ID）由上述的串行帧中的数据填充。的。

串行帧转CAN

转换器接收完一帧串行数据后，立即转发到CAN总线上。

串行帧中所带有的CAN的ID在串行帧中的起始地址和长度可由配置设定。起始地址

的范围是0～7，长度范围分别是1～2（标准帧）或1～4（扩展帧）。

转换时根据事先的配置将串行帧中的CAN帧ID对应全部转换到CAN报文的帧ID域中（如果所带帧ID个数少于CAN报文的帧ID个数，那么在CAN报文的填充顺序是帧ID1～

ID4，并将余下的ID填为0），其它的数据依序转换，如下图所示。

如果一帧CAN报文未将串行帧数据转换完，则仍然用相同的ID作为CAN报文的帧ID继续转换直到将串行帧转换完成。

例如，CAN ID在串行帧中的起始地址是0，长度是3（扩展帧情况下），串行帧和转

换成CAN报文结果如下图所示。其中，两帧CAN 报文用相同的ID 进行转换。

CAN帧转串行

假定配置的CAN ID在串行帧中的起始地址是0，长度是3（扩展帧情况下），CAN报文和转换成串行帧的结果如下图：

八、格式转换

数据转换格式，如下图所示每一个CAN帧包含13个字节，13个字节内容包括CAN信息 ID 数据。

九、Modbus协议转换

将标准的Modbus RTU串行数据协议转换成特定的CAN数据格式，此种转换一般要求CAN总线设备报文可编辑。

串口侧数据必须符合标准的Modbus RTU协议，否则不能转换，注意，CRC校验不转换到CAN侧。

CAN侧制定了一个简单高效的分段通讯格式来实现 Modbus RTU的通讯,不区分主机和从机，用户只需按照标准的Modbus RTU协议通讯即可。

CAN侧不需要加CRC校验，转换器收到最后一个CAN帧后，会自动加上CRC，组成一帧标准的Modbus RTU数据包，发到串口上。

该模式下，配置软件的【CAN参数设置】的【CAN ID】无效，因为此时发送的标识符（帧ID）由Modbus RTU串行帧中的地址域（节点ID）填充。

⑴ 串行帧格式（Modbus RTU）

串行参数：波特率、数据位、停止位和校验位都可通过配置软件设置。数据协议需符合标准的Modbus RTU协议。

⑵ CAN帧格式

CAN侧设计了一套分段协议格式，其定义了一个长度大于 8 字节的信息进行分段以及重组的方法，如下所示。注意，当ＣＡＮ帧为单帧时，分段标志位为0x00。

CAN帧信息（远程帧或数据帧；标准帧或扩展帧）通过配置软件设置。

传输的 Modbus协议内容即可从“数据 2”字节开始，如果协议内容大于 7 个字节，那么将剩下的协议内容照这种分段格式继续转换，直到转换完成。

数据1是分段控制信息（占1个字节，8Bit），其含义如下：

●分段标记

占1个Bit位(Bit7)， 标志该报文是否是分段报文。该位为 0 表示单独报文，为 1 表示属于被分段报文中的一帧。

●分段类型

占2个Bit位（Bit6，Bit5），用于表示该报文在分段报文中的类型：

●分段计数器

占5个Bit位（Bit4-Bit0），用于区分同一帧Modbus报文中分段的序号，够验证是同一帧的分段是否完整。

⑶ 转换示例

串口侧Modbus RTU数据（十六进制）：

01 03 14 00 0A 00 00 00 00 00 14 00 00 00 00 00 17 00 2C 00 37 00 C8 4E 35

第一个字节01是Modbus RTU的地址码，转换成CAN的ID.7-ID.0；

最后2个字节（4E 35）为Modbus RTU的CRC校验，丢掉不转换。

最终转成CAN数据报文如下：

第1帧CAN报文：81 03 14 00 0A 00 00 00

第2帧CAN报文：a2 00 00 14 00 00 00 00

第3帧CAN报文：a3 00 17 00 2C 00 37 00

第4帧CAN报文：c4 c8

CAN报文的帧类型（标准帧或扩展帧）通过配置软件设置；

每个CAN报文的第一个数据都有分段信息来填充（81、a2、a3和c4），该信息不转换到Modbus RTU帧中，仅做为报文的确认控制信息。

CAN侧的数据到ModBus RTU的转换原理和上面相同，CAN侧收到上述4条报文后，转换器会将收到的CAN报文按照上述的CAN分段机制组合成一帧RTU数据，并在结尾加上CRC校验：

每个 CAN 报文的第一个数据都有分段信息来填充（81、a2、a3 和 c4），该信息不转换

到 Modbus RTU 帧中，仅做为报文的确认控制信息。

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