基于FPGA的CAN总线通信节点设计

７０ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ．２０１０

圈５顶层模块设计

操作时Ｒ＆Ｗ根据ＳＪＡＣＴＯＬ送来的地址，从ＳＪＡｌ０００的数据总线上读取数据，并将得到的数据通过Ｄａｔａｓａｖｅ总线返回给ＳＪＡＣＴＲＯＬ．

ＳＪＡＣＴＲＯＬ的状态机通过５个状态的转换来实现控制：空闲状态、初始化状态、查询状态、读状态、写状态。Ｒ＆Ｗ则是按照ｓＪＡｌ０００的芯片数据手册进行时序逻辑设计。在编写模块时，需注意双向总线的编写技巧。双向口最好在顶层定义，否则模块综合的时候容易出错。

３仿真结果

ＦＰＧＡ中利用Ｖｅｒｉｌｏｇ编程产生ＳＪＡｌ０００的片选信号ＣＳ，地址锁存信号ＡＬＥ，读写信号ＲＤ、ＷＲ。这些控制信号共同驱动ｓＪＡｌ０００进行数据接收和发送。设计选取的是ｖｉｒｔｅｘ系列的芯片，逻辑开发在ＩＳＥ平台上进行。在ＦＰＧＡ的调试阶段，使用ｘｉｌｉｎｘ的应用软件——ｃｈｊｐＳｃｏｐｅｐｒｏ（在线逻辑分析仪）来在线观察ＦＰＧＡ设计内部信号的波形，它比传统的逻辑分析仪更方便¨ｏ。图６为在线进行数据传送接收时的实际波形。

４结束语

通过对ＣＡＮ通信系统的分析，利用ＦＰＧＡ作为ＣＡＮ通信节点的主控制单元，对ＣＡＮ节点的硬件接口电路设计方案进行了详细的说明，并编写了ＣＡＮ节点通信流程中的初始化程序、数据发送接收程序。通过软硬件的联调，实现了ＣＡＮ总线的通信功能，系统工作状态良好。实践证明ＣＡＮ通信节点采用ＦＰＧＡ作为核心控制单元，与传统的单片机设计相比，更加灵活并且扩展性更强。

图６ＳＪＡｌ０００接收和发送数据的时序仿真

参考文献：ｓｈｅｅｔ，２００１．

［１］饶云涛．现场总线ＣＡＮ原理与应用技术．北京：北京航空航天大［６］ＰＣＡ８２Ｃ２５０ＣＡＮＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｎｔｅｒｆａｅｄａｔａａｈｅｅｔ．ＰｈｉｌｉｐｓＳｅｍｉｅｏｎｄｕｅｔ一学出版社，２００７．Ｏｒｓ．１９９７．

［２］ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｎｏｔｅｏｆＳＪＡｌ０００．ＰｈｉｌｉｐｓＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ。１９９７．［７］张波．基于ＦＰＧＡ的ＣＡＮ通讯卡设计和实现：［学位论文］．上海：［３］陈萍．星载电场仪地面检测设备设计与研制：［学位论文］．北京：复旦大学，２００８．

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研究．仪表技术与传器．２００８（９）：４６一镐．作者简介：张培坤（１９８６一），硕士研究生，主要研究方向为信号与信息【５］Ｘｉｌｉｎｘｌｎｃ．ＰｒｏｄｕｃｔＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ｖｉｒｔｅｘ２．５ｖｆ＇ＰＧＡＣｏｍｐｌｏｔｅＤａｔａ处理。Ｅ?ｍａｉｌ：ｚｐｋｄｒｅａｍ＠１６３．ｔｏｍ

（上接第６７页）

表１测量数据ｐｐｍ

实验表明：该氯气检测报警器的测量范围为０—２０ｐｐｍ，加入温湿度补偿后其测量精度明显提高，精度达到０．０５ｐｐｍ，响应时间小于６０ｓ．实测响应时间‰＜３５ｓ．实验时一、二阶报警值分别为３ｐｐｍ和５ｐｐｍ．当被测浓度超过响应浓度时发出声光报警。

４结束语

系统充分利用了ＬＭ３Ｓ１１３８的功能，节省了实时时钟芯片、Ａ／Ｄ采集芯片和存储芯片。所设计报警器具有一、二阶报警、时间记忆、报警锁存等功能。该仪器可广泛应用于石油化工、造纸、纺织、制药、水处理等行业环境中空气氯气含量的在线连续监测和报警，对于安全生产和健康监护都有重大的意义。

参考文献：

［１］施文．有毒有害气体检测仪器原理和应用．北京：化学工业出版社．２００９：１—４；７８—８４．

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［４］姚毓升，解永平．文涛．三电极电化学传感器的恒电位仪设计．仪表技术与传感器．２００９（９）：２３—２５．

［５］刘同法，肖志刚，彭继卫．ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核微控制器快速入门与应用．北京：北京航天航空大学出版社，２００９．

作者简介：胡敏（１９８５一）。硕士研究生，研究生方向为安全技术及工程、

安全检测技术。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｍｉｎ２５２７＠ｙａｈｏｏ．Ｃｏｒｎ．ｃｎ

基于FPGA的CAN总线通信节点设计

作者：张培坤， 高伟， 宋宗喜， 陈楚君， ZHANG Pei-kun， GAO Wei， SONG Zong-xi， CHEN Chu-jun

作者单位：张培坤,陈楚君,ZHANG Pei-kun,CHEN Chu-jun(中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安,710119;中国科学院研究生院,北京,100039)， 高伟,宋宗喜,GAO Wei,SONG Zong-xi(中

国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安,710119)

刊名：

仪表技术与传感器

英文刊名：INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR

年，卷(期)：2010(12)

被引用次数：2次

参考文献(8条)

1.饶云涛现场总线CAN原理与应用技术 2007

2.Application note of SJA1000 1997

3.陈萍星载电场仪地面检测设备设计与研制[学位论文] 2009

4.郭慧玲;刘羽;魏文基于SJA1000的CAN总线双机通讯技术的研究[期刊论文]-仪表技术与传感器 2008(09)

5.Xilinx Inc Product Specification:Virtex 2.5v FPGA Complete Data sheet 2001

6.PCA82C250 CAN Controller interfaee datasheet 1997

7.张波基于FPGA的CAN通讯卡设计和实现 2008

8.薛小刚;葛毅敏Xilinx ISE 9.X FPGA/CPLD设计指南 2007

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1.徐木水.刘金国.XU Mu-shui.LIU Jin-guo基于FPGA的CAN总线通信接口的设计[期刊论文]-电子设计工程2010,18(10)

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3.赵小安.吴庆彪.Zhao Xiaoan.Wu Qingbiao一种基于FPGA的CAN总线计算机测试系统设计[期刊论文]-计算机测量与控制2006,14(6)

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6.吴从中.潘玉静.田中华.WU Cong-zhong.PAN Yu-jing.TIAN Zhong-hua基于FPGA的CAN控制器软核的设计与实现[期刊论文]-电路与系统学报2011,16(3)

7.潘玉静基于FPGA的CAN控制器软核的设计与实现[学位论文]2011

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引证文献(2条)

1.苏虎平.沈三民.刘文怡.叶勇地面CAN总线隔离器测试台的设计[期刊论文]-自动化与仪表 2012(7)

2.赵静.潘建国基于Nios Ⅱ的CAN总线通信仿真与测试平台[期刊论文]-计算机与数字工程 2013(4)

引用本文格式：张培坤.高伟.宋宗喜.陈楚君.ZHANG Pei-kun.GAO Wei.SONG Zong-xi.CHEN Chu-jun基于FPGA的CAN总线通信节点设计[期刊论文]-仪表技术与传感器 2010(12)