1.引言

可編程邏輯器件PLD（Programmable logic Device）就是由用戶進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)所需邏輯功能的數(shù)字專用集成電路ASIC,。可編程邏輯器件在現(xiàn)代電子工程設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用,。它是在PAL,，GAL等邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有高密度,，高速度,，低功耗體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元,，靈活以及運(yùn)用范圍寬等特點(diǎn)，同時還具有設(shè)計周期短,，制造成本低,，開發(fā)工具先進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試,，質(zhì)量穩(wěn)定及可實(shí)時布線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn),。

現(xiàn)場總線技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和軍用測控局域網(wǎng)中，它可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離,、較快速度的信息傳輸,，而且只需要雙絞線作為傳輸媒介，簡單可靠,。但是，在該技術(shù)應(yīng)用中總線控制器與微機(jī)之間的接口電路一般采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn),。采用這種方式將導(dǎo)致較長的研發(fā)周期和龐大的電路,，且難于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。本文利用CPLD成功地實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)與CAN總線網(wǎng)絡(luò)的通信,，速度快,，易于實(shí)現(xiàn)，而且非常穩(wěn)定,。

本系統(tǒng)采用的器件是Altera公司的CPLD,，屬于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系列器件為高速實(shí)

際應(yīng)用提供了非常高的性價比,，這基于它先進(jìn)的MAX架構(gòu),。MAX7000系列提供了速度最快的可編程邏輯器件解決方案，它基于CMOS EEPROM工藝,，傳播延遲最小為3.5ns,。

2.CPLD實(shí)現(xiàn)接口電路

實(shí)時控制系統(tǒng)中，測控局域網(wǎng)利用CAN控制器實(shí)現(xiàn)微機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸,。其基本的設(shè)計思想是：由于PC總線協(xié)議與CAN控制器不一致,，因而在它們中間設(shè)計了一個硬件電路作為接口來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。PC地址與數(shù)據(jù)總線是分離的,，而CAN控制器數(shù)據(jù)與地址線通過分時復(fù)用來實(shí)現(xiàn)地址與數(shù)據(jù)分離,，剛好與單片機(jī)一致。單片機(jī)技術(shù)雖然較成熟,，但是,，由于涉及單片機(jī)編程和開發(fā)的周期較長，且采用單片機(jī)系統(tǒng)需要較龐大的外圍電路，不利于研制系統(tǒng)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中,。因此,，用可編程邏輯器件設(shè)計接口電路，可以有效解決這些問題,。

本系統(tǒng)采用“主-從”式點(diǎn)對點(diǎn)通信,。系統(tǒng)硬件由兩臺PC104主機(jī)和兩塊CAN總線通信模塊組成，如圖1所示,。主機(jī)采用CPU主頻為300MHz的奔騰處理器,；CAN總線控制器位SJA1000T；一帶屏蔽的雙絞線作為系統(tǒng)總線,；通信波特率可用軟件設(shè)置為1Mbps,；為了提高通信的可靠性，用CAN控制器的報文篩選器對報文進(jìn)行篩選,，來對由于干擾而產(chǎn)生的錯誤報文進(jìn)行濾波,。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)主要是利用主機(jī)PC（PC104）采集多個下位機(jī)從被控對象得到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時控制和綜合調(diào)度,其原理框圖如圖2所示,。

圖2 原理框圖

其中CPLD完成從CAN控制器到PC總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。CAN控制器負(fù)責(zé)從總線上采集數(shù)據(jù)?？偩€驅(qū)動部分由89C250完成總線驅(qū)動,；光電隔離器完成CAN控制器與傳輸電纜的信號隔離，防止電纜上的非規(guī)則信號對CAN控制器產(chǎn)生干擾,。

3.MAX+PLUSⅡ程序設(shè)計

Altera公司的MAX＋PLUS Ⅱ是一個高效實(shí)用的工具,。直接采用原理圖輸入方式，進(jìn)行編譯后寫入器件中,；同時可在線更改寫入內(nèi)容,，修改和調(diào)試簡單易行。利用MAX＋PLUS Ⅱ可以對輸入輸出關(guān)系進(jìn)行在線調(diào)試和仿真,，開發(fā)和調(diào)試周期短而高效,。MAX+PLUSⅡ的軟件設(shè)計的流程包括設(shè)計輸入、功能仿真,、編譯,、后仿真、編程驗(yàn)證幾個部分,。

本文所論述的系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行通信測試,，在最高通信速度、通信距離,、熱冗余和冷冗余實(shí)驗(yàn)等測試中都取得了良好的表現(xiàn),。這里僅論述邏輯設(shè)計輸入和功能仿真,。

CPLD主要用于實(shí)現(xiàn)PC接口板的地址選擇比較器和CAN控制器到PC總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其設(shè)計輸入如圖3所示,。

圖3 設(shè)計輸入

其中compare完成選址功能,，MUX2×8完成總線轉(zhuǎn)換。

4.仿真實(shí)驗(yàn)

為簡明起見,，這里僅給出核心的部分時序仿真圖形,，如圖4所示。

圖4 核心的部分時序仿真圖形

由仿真波形可知,，在PC總線的讀寫操作進(jìn)行時,，地址和數(shù)據(jù)很好的實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換，讀寫的周期完整,，觸發(fā)迅速,，保證轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確和迅速，滿足了設(shè)計的要求,。

5.結(jié)論

可編程邏輯器件的應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)代電子電路設(shè)計中的高效方式,，它可以實(shí)現(xiàn)高效率、可靠的設(shè)計,，也可以進(jìn)一步提高電路的集成度；使用它設(shè)計的CAN通信卡可以作為通信接口而滿足嵌入式系統(tǒng)的要求,。同時,，基于PC104系統(tǒng)的CAN通信的通信效率較高，具有較強(qiáng)的實(shí)時性,，可以滿足工業(yè)現(xiàn)場高速通信的需要,，也可為復(fù)雜控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制提供強(qiáng)有力的工具。