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Philips公司的LPC213l是基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器。它具有ARM處理器的所有優點——低功耗、高性能和較為豐富的片上資源，但LPC2131內部沒有集成CAN控制器，而無法利用CAN總線來進行通信。為了使得LPC2131能夠利用CAN總線進行通信，可以通過外部擴展來實現其功能。目前，比較普通的方法是在LPC2131的外部采用CAN控制器設計CAN總線接口。LPC2131與CAN控制器的接口電路如圖1所示。 這種方法中，LPC2131是通過GPIO口與CAN控制器SJA1000相連實現數據交互的。LPC2131通過寄存器IOSET／IOCLR來設定I／O口的高／低狀態，雖然可以同時置位／拉低選定的引腳，但不能同時將某些口線拉高而將某些口線拉低。假定P0[15：8]初始狀態為0xa5，若將P0[15：8]同時變為0x5a，則必須通過IO0SET和IO0CLR兩次進行。程序實現如下： PINSEL0=0x00000000； IO0DIR=0x0000FF00； IO0SET=0x5a00； IO0CLR=0xa500； P0[15：8]上會出現0xFF的中間狀態。在高速通信系統中，這些中間狀態可能會造成損失。雖然可以通過IO0PIN進行操作來消除這樣的中間狀態，但是Philips公司不推薦這種做法，非必要時盡量不要使用。 CAN驅動器接口芯片與LPC2131的串口接口電平上是相互匹配的，因此理論上可以將二者直接連接，采用串行通信方式實現。采用CAN總線通信，在長距離通信時，CAN總線兩端要加終端電阻。其作用是避免數據傳輸又反射回來，產生反射波而使數據遭到破壞；同時，能提高總線傳輸的抗干擾能力。理論上，在每個接收數據信號的中點進行采樣時，只要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。通常判斷原則是根據數據速率和電纜長度進行匹配的，但這在實際中難以掌握，一般都是依據經驗進行設計。 可編程邏輯器件(PLD)是20世紀70年代在ASIC設計的基礎上發展起來的一種新型邏輯器件。20世紀80年代末，美國Altera和Xilinx公司分別推出大規模和超大規模的復雜可編程邏輯器件(CPLD)及現場可編程邏輯門陣列器件(FPGA)。自從進入20世紀90年代以來，可編程邏輯器件得到了飛速發展，向高度集成、高速度和低價位方向不斷邁進；其應用領域不斷擴大，可用于狀態機、同步、譯碼、解碼、計數、總線接口和串并轉換等很多方面。使用CPLD可以提高系統集成度，降低噪聲，增強系統可靠性并降低成本。 CPLD技術的出現，為我們提供了一種有效的解決辦法：在CAN驅動器接口與LPC2131之間接一塊CPLD，對CPLD進行功能編程，使其負責串行總線的數據傳輸和防止CAN發送反射。 選擇Altera公司MAX3000A系列的型號為EPM3128ATC100-7(簡稱“EPM3128”)的CPLD芯片。此芯片兼容3.3 V和5 V的I／O 口。這樣，LPC2131、EPM3128和TJA1040在I／O電平上是相互匹配的。 1 EPM3128接口定義 EPM3128設置成雙向串行總線通道。其中，2個I／O口被定義為CANRXD(IN)、CANTXD(OUT)，分別連接CAN收發器TJA1040的RXD和TXD端，構成CAN總線上接收數據和發送數據通道；另外2個I／O口被定義為ARMRXD(IN)、ARMTXD(OUT)，分別連接LPC2131的RXD1和TXD1端，構成處理器的串口接收數據和發送數據通道。整個數據的傳輸過程中，并不改變串行數據的協議和格式，接口電路全為TTL電平，期問不需要進行任何的處理。通信數據的校驗、報錯均交給通信兩端的處理器完成。LPC2131、EPM3128和TJA1040的接口框圖如圖2所示。 2 EPM3128功能實現 圖3是采用功能塊編程實現EPM3128的數據傳輸和屏蔽CAN發送反射的內部邏輯。圖中txArm2、rxCan2定義為輸入變量，分別對應外部的ARMTXD、CANRXD引腳；txCan2、rxArm2定義為輸出變量，分別對應外部的CANTXD、ARMRXD引腳。總線空閑時，總線上的狀態一直保持為“1”，即txArm2、rxCan2、txCan2、rxArm2的值全部為“1”。當輸入總線收到一個狀態“0”信號時，表示總線開始傳輸數據。如果LPC2131要發送數據，則LPC2131先向ARMTXD端口發送一個“0”起始信號，占據總線并在下一個時鐘開始發送數據幀；如果TJA1040從現場接收到新數據，則TJA1040先向CANRXD端口發送一個“0”起始信號，占據總線并在下一個時鐘開始發送數據幀。以此，完成正常通信過程中數據位從串口到串口的傳輸。 程序屏蔽CAN發送反射，就是屏蔽CAN總線接收到的從輸出總線上反射的“0”信號，因為接口從高阻態被喚醒是靠一個“0”的起始信號。如果LPC2131正在發送數據，此時輸人端口ARMTXD通過變量txArm2傳送一位為“0”的信號到變量txCan2，并從輸出口CANTXD送出。受總線輻射影響CANRXD輸入口會從CAN總線接收到一個“0”信號，并將“0”信號傳送給變量rxCan2，此時rXCan2收到的這個“0”信號是錯誤信號。經邏輯判斷，程序將變量rxArm2維持為1，端口ARMRXD仍保持高阻態“1”。反射的“0”信號雖然被接收到，但在CPLD內部被屏蔽處理掉。如果沒有屏蔽處理，那么這個錯誤的“0”信號將接收總線從高阻態喚醒，直接影響數據的通信。程序中D觸發器的用途有兩方面：一是緩存輸入和輸出，平滑信號的毛刺；二是實現控制信號的功能，如輸出的復位和同步等。 用QuartusII軟件編譯程序，并用仿真工具仿真。如圖4所示，波特率為115 200 bps，編輯輸入點txArm2、rxCan2的波形，查看輸出點txCan2、rxArm2的波形。為方便識圖，仿真中將數據端口傳輸占用的時間參數置0。 首先，論證輸出波形的有效性。觀察圖4中的txCan2和rxArm2的波形，可以看出所有時刻的數值都是確定的，從而證明系統處于穩定狀態，波形是有效的。 然后，論證輸出波形的邏輯性。根據程序的邏輯設計，txArm2通道的數據發送享有優先權，始終保持txCan2=txArm2。從仿真結果可以看出，txCan2的波形與txArm2波形完全一致；當txArm2通道為“0”時，屏蔽rxCan2輸入的數據，并保持rxArm2輸出一直為“1”，觀察圖4中任何時刻所有輸入／輸出的波形，可以看出仿真結果正確。 最后，驗證輸出波形的時序性。這部分程序是一個組合邏輯的設計，也就是所有的輸出隨著相應的輸入的變化而變化。由圖4可知，仿真結果的時序正確。 結 語 本文基于CPLD技術實現了LPC2131與CAN總線之間的串行通信。該方法實現簡單，并且穩定性較好，適合于采用CAN總線的多路串行通信系統。該技術已應用到實際中，接受實踐的檢驗。 |
