基于CAN总线的多通道实时模拟器设计

多通道实时CAN总线模拟器进行研制，根据CAN总线通信原理可以提出以下两种设计方案：

(1)ISA总线+CAN通信控制器;

(2)ISA总线+微处理器+CAN通信控制器。这两种设计方案的不同点在于是否采用处理器来加强控制。

由于CAN总线通信要求实时性高，再加上多通道的设计满足实际的需要，故采用单片机来负责CAN总线的通信功能。在这里主要介绍单片机与CAN控制器之间的设计部分，其系统设计框图如图1所示。

单片机选用DALLAS公司的DS89C430，它是当前8051兼容微控制器中性能最高的。具有重新设计的处理器内核，在相同的晶振频率下，执行指令的速度是最初8051微处理器的12倍。特性：高速8051架构，每个机器周期一个时钟;片内存储器16 KB/32 KB/64 KB闪存，在应用可编程，通过串口实现在系统可编程;与8051引脚和指令集兼容;四路双向、8位I/O端口;三个16位定时器/计数器;256 B暂存RAM等特点。可根据实际应用的需要选择其部分功能。随着可编程逻辑器件的飞速发展，其应用领域不断扩大，可用于译码、解码等方面，使用CPLD可以提高系统集成度，降低噪声，增强系统可靠性。因此，单片机与CAN控制器之间的锁存、译码采用Xilinx公司XC95144CPLD芯片，优化了系统资源，降低了其功耗。

2.2 系统硬件设计

该部分由单片机、CAN控制器、CAN收发器、SRAM存储器组成。单片机主要用于系统计算及信息处理等功能;CAN控制器主要用于系统通信;CAN收发器主要用于增强系统的驱动能力;SRAM主要用于缓存数据。系统的发送过程是：单片机将外围设备传送过来的信息处理后，按CAN规范规定的格式，将其写入CAN控制器的发送缓冲区，并启动发送命令，把数据发送到CAN总线上;接收过程是：CAN控制器从CAN总线上自动接收数据，并经过滤后存入CAN接收缓冲区，且向单片机发出中断请求，此时单片机可从CAN接收缓冲区读取要接收的数据。SJA1000提供的微处理器接口方式为典型INTEL或MOTOROLA地址数据多路复用总线模式。主要信号有地址数据信号AD7～AD0，地址选通信号ALE，片选信号CS，读信号RD，写信号WR，模式选择信号MODE。当MODE=1时，为INTEL模式;当MODE=0时，为MOTOROLA模式。后面描述的总线模式均为INTEL模式。AD7～AD0引脚在ALE有效时，传送的是地址信号，在RD或WR有效时，传输的是数据信号，在这里分别与单片机的PO口相连，RD，WR信号线分别与单片机的读/写信号线相连。具体方案如图2所示。限于篇幅限制，虚线内给出1路CAN的连接图，2路CAN有同样的连接方法。

SRAM和CAN控制器的片选信号。由于单片机可以查询或中断方式访问，在此采用中断方式进行CAN多通道选择访问，以满足不同通信速率下数据处理的需要。SRAM的地址线与数据线是分开的，故采用74LS373锁存器实现锁存功能。可采用XC95144CPLD芯片以及VHDL硬件描述语言以实现锁存、译码等功能。2.3 CPLD设计部分

2.3.1 结构设计

CPLD的输入信号是单片机发送的信号，由高位地址A[15..8]、ALE锁存信号、中断信号以及写/读信号组成。地址线A14和A15经译码后作为片选信号，ALE实现低8位地址线的锁存。实体和构造体部分代码如下所示：

2.3.2 仿真结果

该模块在Xilinx ISE 9.1工具下进行综合，并在结合ModelSim环境下进行功能仿真。其仿真结果如图3所示。

软件设计 该系统软件设计的关键是通信程序设计。通信软件由三部分组成：单片机和CAN控制器的初始化程序、CAN发送程序、CAN接收程序。对于初始化程序，采用MAX232芯片对单片机进行在线编程，可同时对多通道CAN控制器初始化。对于CAN控制器的初始化程序，主要是通过对CAN控制器控制段中的寄存器写入控制字，从而确定CAN控制器的工作方式等，即通过上电复位、硬件复位或软件复位给CAN控制器发一个复位请求，便可进入初始化。在复位期间，对必需的寄存器进行设置。对于发送和接受程序，只需把到来的信息帧送到CAN的发送或接受缓冲区，同时启动命令即可。二者可采用查询方式或中断方式，对于中断方式，程序分为主程序和中断服务程序两部分设计。在具体项目中，需要软硬件结合调试才能保证各部分的设计准确无误，到达实际应用的要求。

结语 在对CAN通信协议进行分析的基础上，构建了一种多通道实时CAN总线模拟器架构，同时利用CPLD器件，通过功能仿真，验证了设计方案的正确性。经实际工程项目使用，验证了该设计方案切实可行，满足了实际应用中高可靠性、高实时性以及传输速率较高的需求。