基于现场总线与CPLD的数据采集系统
摘要
控制器局域网(Congoller Area Network)是一种具有高实时性的现场总线,已经广泛地使用在工业控制、汽车电子等领域。以往的基于CAN总线的数据采集系统无不例外都使用了CAN控制器,但是现有的CAN控制器只能实现CAN2.0协议,这样就会影响数据采集系统的扩展能力。本文提出的数据采集系统是在不使用现有的物理CAN控制器芯片的情况下,依据实际情况设计符合自身需要的CAN控制器。
本文首先介绍了数据采集系统的总体结构和各部分的实现原理和硬件电路,着重介绍了使用PWM实现A/D转换的原理并给出了仿真图和VHDL源代码,总结了使用PWM完成A/D转换更加符合工业测控技术发展趋势,然后详细分析了CAN2.0B协议和CAN控制器MCP2515内部结构、各部分功能,并依此提出了用CPLD模拟MCP2515时采用的整体构架。本文采用自顶向下的设计流程,将设计模块分为数据流处理器、验收滤波器、位时序处理器等3部分,分步完成了整个系统的软硬件设计。
本文对该CAN控制器进行了验证,包括接收和发送数据两部分内容,并对一些功能进行了仿真。结果表明本次设计达到了预期的效果。最后,总结了该系统的不足之处,提出了改进的方案和措施。
CAN bus has high real-time performance and has been extensively used in automobile industry and industry control. The data acquisition system based on CAN bus all used CAN controller in the past, which impact the scalability of the system. In accordance with the actual application , this paper provided a kind of data acquisition system based on CAN bus,which using CPLD to simulate the function of CAN controller chip MCP2515 ,without using the physical CAN controller chip..
This paper shows the overall stucture of the system and the circuit of various part of the system. And then explain protocol CAN 2.0B and internal stucture and some features of the CAN controller MCP2515 thoroughly,which is the base to design the CAN controller in the data adquisition system. The RTL design process of the CAN controller is done according to the specification, it contains data flow processor, acceptence filter and timing processor.
Finally, this paper verifies the CAN controller. The verification process contains functional verification.
本文首先介绍了数据采集系统的总体结构和各部分的实现原理和硬件电路,着重介绍了使用PWM实现A/D转换的原理并给出了仿真图和VHDL源代码,总结了使用PWM完成A/D转换更加符合工业测控技术发展趋势,然后详细分析了CAN2.0B协议和CAN控制器MCP2515内部结构、各部分功能,并依此提出了用CPLD模拟MCP2515时采用的整体构架。本文采用自顶向下的设计流程,将设计模块分为数据流处理器、验收滤波器、位时序处理器等3部分,分步完成了整个系统的软硬件设计。
本文对该CAN控制器进行了验证,包括接收和发送数据两部分内容,并对一些功能进行了仿真。结果表明本次设计达到了预期的效果。最后,总结了该系统的不足之处,提出了改进的方案和措施。
CAN bus has high real-time performance and has been extensively used in automobile industry and industry control. The data acquisition system based on CAN bus all used CAN controller in the past, which impact the scalability of the system. In accordance with the actual application , this paper provided a kind of data acquisition system based on CAN bus,which using CPLD to simulate the function of CAN controller chip MCP2515 ,without using the physical CAN controller chip..
This paper shows the overall stucture of the system and the circuit of various part of the system. And then explain protocol CAN 2.0B and internal stucture and some features of the CAN controller MCP2515 thoroughly,which is the base to design the CAN controller in the data adquisition system. The RTL design process of the CAN controller is done according to the specification, it contains data flow processor, acceptence filter and timing processor.
Finally, this paper verifies the CAN controller. The verification process contains functional verification.
引文
[1]孙传友,孙晓斌等.测控系统原理与设计[M].北京航空航天大学出版社.2002.09
[2]吴学铜,赵世平,高政.复杂可编程器件在位移测量系统中的应用.传感器技术.2002.No.2:53-55
[3]赵世霞,杨丰,刘揭生.VHDL与微机接口设计[M].清华大学出版社.2004.07
[4]求是科技.CPLD/FPGA应用开发与工程实践[M].人民邮电出版社.2005.01
[5]李正军.计算机测控系统设计与应用[M].机械工业出版社.2004.01
[6]罗福源,周云飞,尹涓.基于多FPGA核的高速数据采集与控制系统设计[J].电子测量与仪器学报.2007(21):49-53
[7]陆中华.一种实用的数据采集系统的设计与实现[J].科技情报开发与经济.2007(12):198-199
[8]苏绍璟,郭熙业,张世猛,陈卓轩.超高速光纤通信数据采集系统[J].数据采集与处理.2007(22):374-377
[9]曲震宇.基于CPLD的高速数据采集系统控制模块的设计与实现[J].哈尔滨理工大学学报.2006(5),75-77
[10]龙姝颖.一种基于CPLD的多通道数据采集系统的设计.微计算机信息.2006(7):33-35
[11]税长江.CPLD在远程多路数据采集系统的应用[D].硕士学位论文.西南交通大学.2004
[12]CAN bus termination circuits and CAN bus auto-termination methods RO Leyva -US Patent 6,587,968,2003
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