基于cPCI总线的CAN总线通信模块的设计

论文摘要

CAN总线作为一种新兴的现场总线,采用了很多新的设计和技术,是公认的最有前途的现场总线之一。而在当前自动测试领域,cPCI总线由于其特点,已经得到了越来越广泛的应用。于是在这两种总线之间建立通信桥梁,设计一款具有CAN总线接口和cPCI总线接口的通讯卡,具有现实的必要性和广阔的应用前景。本设计的中心思路是依据PCI总线通信标准、CAN2.0技术规范,采用FPGA作为核心控件,在这两种总线接口之间设计了一个硬件电路作为转换器,以实现数据在cPCI总线和CAN总线之间的相互传输。硬件电路按照cPCI总线接口模块、数据处理模块和CAN总线接口模块的基本结构进行搭建。选用FPGA作为数据处理模块的主控芯片,在其内部运用VerilogHDL硬件语言和状态机技术构建严谨的逻辑,对两端总线进行控制。在cPCI总线接口模块的设计上,选用成熟的接口芯片,确保其能够协调复杂的PCI总线时序。在CAN总线接口模块的设计上,选用专门的CAN总线协议芯片和驱动芯片,能够很好的匹配CAN总线协议和物理特性。并将该cPCI-CAN通讯卡的CAN通道设计为双路,以便于两路端口相互收发以进行功能测试和对CAN总线的扩展。软件设计上运用Microsoft Visual C++ 6.0, Driverstudio 3.2及DDK共同开发设计驱动程序,运用LabWindows/CVI设计上层应用软件。经过联机测试,所设计的通讯卡软硬件工作正常,上位机能够很好的控制双通道CAN总线数据的收发,并且能够实现多种帧格式、多种波特率的设置,所传输的数据完全满足CAN总线的数据传输要求。该卡具有性能较高、简单可靠、价格低廉等优点,已在多个实际控制工程和工业测量中得到应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 本课题的研究意义与应用价值
• 1.2 本研究的国内外研究现状和发展态势
• 1.2.1 CAN 总线
• 1.2.2 cPCI 总线
• 1.2.3 cPCI-CAN 通信模块
• 1.3 本课题所要完成的主要内容
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 相关技术
• 2.1 CAN 总线技术概述
• 2.1.1 CAN 总线技术简介
• 2.1.2 CAN 总线的电气特性
• 2.1.3 CAN 总线的报文传输
• 2.1.4 CAN 总线的报文滤波
• 2.1.5 CAN 总线通信系统模型
• 2.2 FPGA 技术概述
• 2.2.1 FPGA 简介
• 2.2.2 FPGA 的基本结构
• 2.2.3 FPGA 的设计开发流程
• 2.2.4 FPGA 的设计工具
• 第三章 cPCI-CAN 卡的硬件设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 cPCI 总线接口模块设计
• 3.2.1 cPCI 接口开发方案的选择
• 3.2.2 cPCI 总线接口电路
• 3.3 CAN 总线接口模块设计
• 3.3.1 总体设计及器件选型
• 3.3.2 CAN 总线控制器电路
• 3.3.3 CAN 总线收发器与高速光耦电路
• 3.3.4 电源隔离电路
• 3.3.5 复位电路
• 3.3.6 CAN 总线接口
• 3.4 数据管理模块的设计
• 3.4.1 芯片选型
• 3.4.2 FPGA 配置电路
• 3.4.3 电平转换电路
• 3.4.4 供电电路
• 第四章 cPCI-CAN 卡的逻辑设计
• 4.1 FPGA 总体设计
• 4.2 数据处理模块设计
• 4.2.1 数据锁存和缓冲模块
• 4.2.2 地址译码模块
• 4.3 SJA1000 控制模块设计
• 4.3.1 SJA1000 内部寄存器的读写
• 4.3.2 初始化模块设计
• 4.3.3 发送控制模块设计
• 4.3.4 接收控制模块设计
• 4.4 输出口控制模块
• 4.4.1 双向口控制模块
• 4.4.2 输出口选择模块
• 4.5 其他模块
• 4.5.1 延时模块
• 4.5.2 电平转换芯片的控制信号
• 第五章 cPCI-CAN 卡的软件设计
• 5.1 软件总体设计
• 5.2 开发工具简介
• 5.3 驱动程序设计
• 5.3.1 仪器驱动程序设计
• 5.3.2 设备驱动程序设计
• 5.4 应用程序设计
• 第六章 cPCI-CAN 卡的制作和调试
• 6.1 PCB 板制作
• 6.1.1 PCB 板布局
• 6.1.2 PCB 板布线
• 6.2 cPCI-CAN 卡的硬件调试
• 6.2.1 静态调试
• 6.2.2 上电调试
• 6.3 cPCI-CAN 卡的功能测试
• 6.4 测试中出现的问题及解决
• 第七章 结论及技术特色
• 第八章 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附一：cPCI-CAN 卡实物图
• 在学期间取得的成果