CPLD在嵌入式系统与CAN总线网络通信中的应用.doc

CPLD在嵌入式系统与CAN总线网络通信中的应用摘要：本文介绍了一种利用可编程器件 CPLD实现CAN总线与微机之间接口的设计， 说明了设计思想和设计方案，并给岀了使用 MA冷PLUSH软件图形输入法的逻辑设计和仿真结果关键词：可编程逻辑器件； CAN总线；MA冶PLUSH1. 引言可编程逻辑器件 PLD ( Programmable logic Device )就是由用户进行编程实现所需逻辑功能的 数字专用集成电路 ASIC可编程逻辑器件在现代电子工程设计中得到了广泛应用它是在 PAL,GAL等逻辑器件的基础上发展起来的，具有高密度，高速度，低功耗体系结构和逻辑单元，灵活 以及运用范围宽等特点，同时还具有设计周期短， 制造成本低，开发工具先进，标准产品无需测试，质量稳定及可实时布线检验等优点现场总线技术广泛应用于工业和军用测控局域网中， 它可以实现较远距离、 较快速度的信息传输，而且只需要双绞线作为传输媒介， 简单可靠但是，在该技术应用中总线控制器与微机之间的接口电路一般采用单片机来实现 采用这种方式将导致较长的研发周期和庞大的电路， 且难于实现高速数据传输本文利用 CPLD成功地实现了嵌入式系统与 CAN总线网络的通信，速度快，易于实现，而且非常稳定。

本系统采用的器件是 Altera 公司的CPLD属于MAX7000系列Altera 公司的CPLD器件主要包 括MAX系列、ACEX系列、FLEX系列和APEX系列其中MAX系列器件为高速实际应用提供了非常 高的性价比，这基于它先进的 MAX架构MAX7000系列提供了速度最快的可编程逻辑器件解决方案，它基于 CMOS EEPRO工艺，传播延迟最小为 3.5ns 两£] f iHflET ' ■2. CPLD实现接口电路实时控制系统中，测控局域网利用 CAN空制器实现微机间的数据传输 其基本的设计思想是：由于PC总线协议与 CAN控制器不一致，因而在它们中间设计了一个硬件电路作为接口来实现转换PC地址与数据总线是分离的， 而CAN控制器数据与地址线通过分时复用来实现地址与数据分离，刚好与单片机一致单片机技术虽然较成熟，但是， 由于涉及单片机编程和开发的周期较长， 且采用单片机系统需要较庞大的外围电路， 不利于研制系统应用于嵌入式系统中 因此，用可编程逻辑器件设计接口电路，可以有效解决这些问题本系统采用“主-从"式点对点通信系统硬件由两台 PC104主机和两块CAN总线通信模块组成， 如图1所示。

主机采用 CPU主频为300MHz的奔腾处理器； CAN总线控制器位 SJA1000T; —带屏 蔽的双绞线作为系统总线；通信波特率可用软件设置为 1Mbps ;为了提高通信的可靠性，用 CAN控制器的报文筛选器对报文进行筛选，来对由于干扰而产生的错误报文进行滤波本系统主要是利用主机 PC( PC104)采集多个下位机从被控对象得到的数据，并进行实时控制和 综合调度，其原理框图如图2所示其中CPLD完成从CAN控制器到PC总线的数据转换CAN控制器负责从总线上采集数据总线驱 动部分由89C250完成总线驱动；光电隔离器完成 CAN控制器与传输电缆的信号隔离，防止电缆 上的非规则信号对 CAN控制器产生干扰 两£] f iHflET ' ■3 in "D17旷卍兰一 'iicirtfe'ril'； " ■ 'bale" ■ r ■ i v ・i ■■■■fai ■ t ■rnnuEraai i nna ■!■( h i ■ ■ i i 科f硼巒岁 AEN SCLK i乩渝诞爲 'ncSET <2«jM60fl1 口 i0询RSjc 260tk'gM 'r2 bfib 'ri ■ i j i t d i ■ f-i i i »r I • i i r ■・■ ■ r w de et i i r ・丨丨r，，E=zR^ iMr节 册■■ m 响：1 \ jKrG _2丄一h. B lEijT慣lG二^ ^7 M jWwr''~rL23''ALE, 93 和 F •一 _g 炉w严1Vm " glilEHi、BRESE7 gUT 纱「1二SlcJCObejs^'" d-kOLFt " "[ S-冥卫忙ft矗討岁牝？輕： 如油h伽］ 赫丽俾I 32c迥龜站 如加S5HIK的 匸I V l< 4 P*P*4 I I3. MAX+PLUS程序设计Altera公司的MA冷PLUSH是一个高效实用的工具。

直接采用原理图输入方式，进行编译后写 入器件中；同时可更改写入内容，修改和调试简单易行利用 MAX^ PLUSH可以对输入输岀关系进行调试和仿真， 开发和调试周期短而高效MAX+PLUS的软件设计的流程包括设计输入、功能仿真、编译、后仿真、编程验证几个部分 两£] f iHflET ' ■本文所论述的系统已经实现并进行通信测试， 在最高通信速度、通信距离、热冗余和冷冗余实验等测试中都取得了良好的表现这里仅论述逻辑设计输入和功能仿真CPLD主要用于实现PC接口板的地址选择比较器和 CAN控制器到PC总线的数据转换，其设计输入如图3所示其中compare完成选址功能，MUXZ 8完成总线转换图44. 仿真实验为简明起见，这里仅给岀核心的部分时序仿真图形，如图 4所示由仿真波形可知，在 PC总线的读写操作进行时，地址和数据很好的实现了转换，读写的周期完 整，触发迅速，保证转换的准确和迅速，满足了设计的要求5. 结论可编程逻辑器件的应用已经成为现代电子电路设计中的高效方式， 它可以实现高效率、可靠的设计，也可以进一步提高电路的集成度； 使用它设计的 CAN通信卡可以作为通信接口而满足嵌入式系统的要求。

同时，基于 PC104系统的CAN通信的通信效率较高，具有较强的实时性，可以满足 工业现场高速通信的需要，也可为复杂控制系统实现实时控制提供强有力的工具参考文献1马红光.现场总线技术及其应用，陕西科学技术岀版社， 19992赵曙光，郭万有，杨颂华 .可编程逻辑器件原理开发与应用，西安电子科技大学岀版社，20003刘笃仁，杨万海.在系统可编程技术器件原理与应用，西安电子科技大学岀版社， 19994宋万杰，罗丰，吴顺君.CPLD技术及其应。