1.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 EEPROM工艺,传播延迟最小为3.5ns。
图1
2.CPLD实现接口
电路
实时控制系统中,测控局域网利用CAN控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;一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。
图2
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。[page]
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。
图3 设计输入
3.MAX+PLUSⅡ程序设计
Altera公司的MAX+PLUS Ⅱ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;同时可在线更改写入内容,修改和调试简单易行。利用MAX+PLUS Ⅱ可以对输入输出关系进行在线调试和仿真,开发和调试周期短而高效。MAX+PLUSⅡ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。
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,MUX2×8完成总线转换。
4.仿真实验
为简明起见,这里仅给出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。
关键字:可编程逻辑器件 CAN总线 MAX+PLUS Ⅱ
引用地址:
CPLD在嵌入式系统与CAN总线网络通信中的应用
推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 21:53
基于CAN总线的电梯群控系统的通讯接口设计与实现
一、引言 在许多高层建筑中,通常都安装了多部电梯,为了提高这些电梯的运行效率和服务质量,需要用电梯群控管理系统来对其进行合理的调度和管理。电梯群控的主要功能是调度和管理各部电梯,指定电梯服务楼层,改变原先由于电梯的单独控制而造成的楼层分布不均,资源浪费,电梯损耗不均匀等状况,电梯群控对于改善电梯的运行效果,具有十分重要的作用。一个电梯群控系统需要进行大量的数据交换, 如各电梯轿厢内的选层信号、应答选层的指示灯信号、显示电梯当前位置的指示灯信号和厅外召唤信号等,这些信号随着电梯的数量和楼层的增多而迅速增加。电梯群控系统通讯的主要特点是节点多、距离长、信号变化慢以及对抗干扰能力的要求高等。 目前对于电梯群控系统通讯方式而言,占主导地
[嵌入式]
CAN总线的PLC通信网络的研究
CAN总线为了适应实际的需要采取了自动化控制系统的方式,通过把多个测量控制仪表统一成连接成为一个网络系统,在依照规范、公开的通信协议在现场测量控制仪表和测量控制设备以及计算机远程控制之间,进行信息交换和数据传输。PLC通信网络可以得益于CAN总线具备的传输距离远、速度快、自动重发功能、解决总线竞争功能、总线仲裁技术、自动检查错误、短帧结构受干扰能力强以及能够优先访问总线的机制等优点建立一个基于CAN总线的PLC通信网络方案。 CAN总线与PLC通信网络的定义
1 CAN总线的定义 (1)基本概念 CAN(Controller Area Network)指的是支持分布式控制系统的串行通信网络,最初研究阶段主要应用于汽车
[嵌入式]
基于CAN总线的电动车控制系统设计方案
随着现代汽车的快速发展,汽车电子设备不断增加,传统的接线方式已远远不能满足汽车愈加复杂的控制系统要求,汽车控制局域网CAN总线应运而生,它广泛应甩于汽车电子控制系统中,也是唯一一个成为国际标准的汽车局域网。 目前,由于环境污染和能源危机问题日益严重,电动汽车的发展开始得到各国的高度重视,成为未来汽车发展的主流方向。电动汽车主要具有三大关键技术:驱动控制系统、电池电源、整车电子控制系统。整车电子控制系统必须满足纯电动汽车的设计理念,使之既节能又简单可靠。在目前电池技术水平下,解决两大关键技术,有助于电动汽车在中国首先市场化,其经济意义不言而喻。 电动汽车动力系统结构复杂多样,部件类型繁多。先进高效的控制体系结构,可以使电动汽车
[嵌入式]
CAN总线波特率计算及设置方法(STM32,SJA1000,LPC2292)
SJA1000 内部频率基准源F_BASE = Fclk/2,即外部晶振频率Fclk的2分频。注意任何应用中,当利用外部晶振作为基准源的时候,都是先经过2分频整形的。 1.1 位周期的组成 波特率(fbit)是指单位时间内所传输的数据位的数量,一般取单位时间为1s。波特率由通信线上传输的一个数据位周期的长度(Tbit)决定,如下式所示。 Fbit=1/Tbit (1) 根据Philips公司的独立通信控制器,一个位周期由3个部分组成:同步段(tSYNC_SEG)、相位缓冲段1(tTSEG1)和相位缓冲段2(tTSEG2)。 Tbit=tSYNC_SEG+tTSEG1+tTSEG2 (2) 所有这些
[单片机]
浅谈CAN总线在风力发电中的重要性
1 引言
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的,并最终成为国际标准(ISO118?8)。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧,CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来,其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视,被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。
2 系统结构与功能
本文基于分散控制系统理念,针对双馈型变速恒频风力发电
[嵌入式]
基于CPLD和单片机的任意波形发生器设计
引言 在电子工程设计与测试中,常常需要一些复杂的、具有特殊要求的信号,要求其波形可任意产生,频率方便可调。通常的信号产生器难以满足要求,市场上出售的任意信号产生器价格昂贵。结合实际需要,我们设计了一种任意波形发生器。电路设计中充分利用MATLAB的仿真功能,将希望得到的波形信号在MATLAB中完成信号的产生、抽样和模数转换,并将得到的数字波形数据存放在数据存储器中,通过单片机和CPLD控制,将波形数据读出,送入后向通道进行A/D转换和放大处理后得到所需的模拟信号波形。利用上述方法设计的任意波形发生器,信号产生灵活方便、功能扩展灵活、信号参数可调,实现了硬件电路的软件化设计。具有电路结构简单、实用性强、成本低廉等优点。 任意波形
[单片机]
dsPIC30F6014 CAN总线发送功能+DS18B20温度采集
1。DS18B20定时采集温度 2。温度采集时间间隔用T1定时器控制 3。采集到的温度通过CAN总线送另一主机处理 #include p30f6014.h //dsPIC30F6014标准头文件 _FOSC(0x0ffe5); //4倍频晶振,Failsafe 时钟关闭 _FWDT(WDT_OFF); //关闭看门狗定时器 _FBORPOR(PBOR_OFF & MCLR_EN); //掉电复位禁止,MCLR复位使能。 _FGS(CODE_PROT_OFF); //代码保护禁止 unsigned long int i = 0; #define uch unsigned
[单片机]
基于MCU CPLD变压器测试系统的设计与实现
1引言
BX型信号变压器,BG型轨道变压器和ZG型硅整流器作为铁路信号电器设备的前端,其工作的稳定性、准确性直接关系到行车安全,变压器的可靠检测是严抓质量的第一步,对于生产厂家而言,测试流程不允许抽样,且测试结果应留档。本套测试系统用来测试铁路变压器的各种要求参数,包括原边空载电流、次边空载电压、次边带载电压电流,变压器绝缘电阻、原边电压频率,测量结果精度要求3%,测试系统分为上下位机两大部分,下位机运用智能仪表的设计思想,在MCU和CPLD控制基础上对各种要求测试参数分别进行自动测试,上位机上采用VC++6.0编写软件实现串口通讯,归类统计并判断是否合格,存储打印结果,系统满足操作简单可靠,提高效率,减少误差。
2 功能介
[应用]