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基于STM32和FPGA的CAN总线运动控制器的设计

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吴 辉 ，罗富文 ， 杜 文 广
（ 西安 工程 大 学 电 子 信 ． ｔ － 学院 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ８ ）
摘要 ： 运 用低 功耗 Ｃ Ｏ ａ ｅ ｘ — Ｍ３ 微 控制器 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ １ ０ ３ ＶＢ Ｔ ６和 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ芯片设计一种基 于 Ｃ Ａ Ｎ 总 线 的 运 动 控 制 器。 介 绍
Ｃ Ｏ ａ ｅ ｘ － Ｍ３ ａ ｎ ｄ ａ Ｆ Ｐ ＧＡ ｃ ｈ ｉ ｐ Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ１ ０ ３ ＶＢ Ｔ６ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ
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Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃ ＡＮ ｂ ｕ ｓ ｉ Ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ａ ｎ ｄ Ｆ Ｐ ＧＡ． Ａ ｌ ｏ ｗ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ － ｃ ｏ ｎ ｔ ｏｌ ｒ ｌ ｅ ｒ
第 ２ １ 卷 第 １期
Ｖ０ ｌ ＿ ２１ Ｎｏ． １
电 子设计 工 程
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 １月
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ３
基于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２和 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 Ｃ ＡＮ 总线运动控制 器的设计
Ｗ Ｕ Ｈｕ ｉ ，Ｌ ＵＯ Ｆ ｕ － ｗ ｅ ｎ，ＤＵ Ｗｅ ｎ － ｇ ｕ ａ ｎ ｇ
（ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ０ ｆ ｆ ｅ ，
＂ ａ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ 锄 ７ １ ０ ０ ４ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
关键 词 ： Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ；Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； Ｃ Ａ Ｎ总线 ； 运 动 控 制
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ４ ５ — ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ＣＡＮ ｂ ｕ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ＴＭ ３ ２ ａ ｎ ｄ Ｆ ＰＧＡ
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｏｄ ｒ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ｓ ｏ ｍｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｆ Ｐ ＧＡ． Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ａ ｎ ｄ
人机 界面 电路
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Ｆ Ｐ Ｇ Ａ … … 。
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使 硬 件 接 口简 单 、 实时 性 强 、 灵活度高 ， 有 很强 的实 用 价值 。
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｂ ｙ ｐ ａ ｃ ｋ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｐ ＧＡ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｒ Ｃ ｐ ｏｇ ｒ ｒ ａ ｍ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｓ Ｔ Ｍ３ ２； Ｆ Ｐ ＧＡ； ＣＡＮ ｂ ｕ ｓ ；ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
系统 的 体 系 结构 、 主 要 硬 件 设 计 和 软 件 结 构 。利 用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 高速 处理 能 力 实 现 控 制 算 法 。 与 外 界 通 信 采 用 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２和 Ｃ Ａ Ｎ 总 线技 术 ， 系统 稳 定 可 靠 ， 另外 ， 将设计好 的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 程 序 或 是 Ｃ程 序 进 行 封 装 ， 系统 的 可 移植 性 强 。
如今 。 运动控制 正朝着高速度 、 高精度 、 开 放 式 的方 向 发 展． 从 而 对 执 行 部件 提 出 了更 高 的要 求 。过 去 的运 动 控 制 器 主
要 是 基 于 单 片机 或 者 Ｐ Ｌ Ｃ加 上 分 立数 字 电路 设 计 ，受 制 于 器 件 本 身 的性 能 ， 导 致 电路 执 行 速 度 慢 、 体积 庞大 、 集成程度低 。 升 级 难 度 大 。 而采 用 微 处理 器 、 Ｄ Ｓ Ｐ 、 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 等现 代 手 段 构 成 的 只 能 控 制 系 统 是 新 一 代 运 动 控 制 发 展 的 方 向 。 本 文 对 基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的嵌 入 式 运 动 控 制 器进 行 了研 究 ， 并 应用 了 Ｃ Ａ Ｎ总 线 ．

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基于FPGA的CAN总线控制器设计

基于FPGA的CAN总线控制器设计

设计的重点是CAN总线控制器的设计，即用Verilog HDL语言完成CAN每个模块的设计能够在FPGA开发平台Quartus上通过仿真验证，证明其正确性。
设计从CAN控制器底层着手，首先分析领会CAN协议，其次比较分析现有的CAN控制器后，将CAN总线控制器分解成各个相互独立却又相互关联的功能模块，并且对各个功能模块的功能和原理深入的理解。再进一步阐述对各功能模块进行设计的思想及设计流程，进行设计，并且进行仿真。仿真波形分析包括:第一，证明设计出的模块逻辑功能的正确性;第二，通过Quartus软件的自动综合，生成网表之后，仿真证明设计的实际性。
设计将CAN总线分解成三大模块：设计寄存器逻辑模块，完成对数据，控制器状态以及处理器命令的的存储和读写功能；设计验收滤波器模块，完成帧的பைடு நூலகம்识符的校验，保证帧的标识符的匹配；设计位流处理器模块，完成控制发送缓冲器、接收FIFO和CAN总线之间的数据流，接受帧发送帧等功能。
关键词:Verilog HDL; FPGA; CAN总线
Design of CAN Bus Controller Based on FPGA
Abstract: As one of Field Buses, CAN Bus is widely used in many areas. And it is considered to be one of the most promising Buses. But chips available in the marketare customized with all kinds of standards. So from the idea of developing ASIC, we can make use of FPGA to design an application specific CAN controller, hence to its functions, which is very meaningful.
基于STM32的CAN总线通信设计

基于STM32的CAN总线通信设计

基于STM32的CAN总线通信设计近年来，CAN（Controller Area Network）总线通信在汽车电子控制系统和工业领域得到了广泛应用。

作为一种高可靠性、高实时性的通信协议，CAN总线能够实现多节点之间的高效数据传输。

STM32系列微控制器作为嵌入式系统设计领域的重要成员，具备强大的处理能力和丰富的外设资源，被广泛用于CAN总线通信的设计和应用。

本文将介绍，包括硬件设计和软件编程两个方面。

首先，我们将讨论如何选择合适的STM32微控制器和CAN收发器。

其次，我们将详细描述硬件连接和接口电路设计。

最后，我们将介绍CAN总线通信软件的编程方法和实现。

在硬件设计方面，选择合适的STM32微控制器和CAN收发器是至关重要的。

STM32系列微控制器具备不同的处理能力和资源配置，应根据具体应用需求来选择。

CAN收发器是将STM32与CAN总线连接的重要部件，需要根据通信速率和总线特性选择合适的收发器。

在硬件连接和接口电路设计方面，需要参考STM32的引脚分配和电气特性，正确连接CAN收发器和其他外设。

同时，还需要考虑如何提供稳定的电源和适当的信号滤波电路，以保证CAN总线通信的可靠性和稳定性。

在软件编程方面，首先，需要在STM32的开发环境中配置CAN总线通信所需的外设和时钟。

然后，根据具体需求设置CAN总线的通信速率、帧格式和过滤器等参数。

接下来，编写CAN总线发送和接收数据的代码。

在发送数据时，需要将数据打包成CAN帧的格式，并将其发送到CAN总线；在接收数据时，需要监听CAN总线上的数据帧，并将接收到的数据解码处理。

此外，为了提高CAN总线通信的可靠性，还可以加入错误检测和纠错代码。

在实际应用中，广泛应用于汽车电子控制系统和工业自动化领域。

在汽车电子控制系统中，CAN总线通信可以实现各个控制单元之间的数据交换和协调工作，提高整车系统的性能和安全性。

例如，发动机控制单元、制动系统控制单元和防抱死系统控制单元可以通过CAN总线通信实现数据的快速传输和实时响应。

基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇

基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇

基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计1本文介绍了基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计。

一、设计目标本次设计的目标是：设计一个可控制多路步进电机的系统，具备高效、可靠的控制方式，实现步进电机多通道运动控制的目标。

二、硬件选型1、主控芯片STM32本设计采用STM32作为主控芯片，STM32系列微控制器具有高性能、低功耗、高集成度、易于开发等优点，非常适合此类控制系统。

2、FPGA本设计采用FPGA作为数据处理和控制模块，FPGA具有可编程性和高速、低功耗的特点，在电机控制系统中有广泛的应用。

3、步进电机步进电机具有速度可调、定位精度高等特点，很适合一些高精度的位置控制系统。

4、电源模块电源模块负责为整个系统提供稳定的电源。

5、驱动模块驱动模块负责驱动步进电机，其控制原理为将电机的输入电流拆分为若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动。

三、系统设计1、STM32控制器设计STM32控制器是本系统的核心，其功能是读取FPGA发送的控制信号和控制步进电机的运动。

STM32控制器处理的信号主要包括方向信号、脉冲信号、微步子段等控制参数，将这些参数按照驱动模块的需求分发到各个驱动模块中，从而控制步进电机的运动。

2、FPGA模块设计FPGA模块是本系统的数据处理模块，其主要功能是接收STM32发送的指令，进行解码并且转化为步进电机的控制信号，以驱动步进电机的运动，同时FPGA模块还负责将电机的运动数据反馈回STM32，以保证整个系统的稳定运行。

3、驱动模块设计驱动模块是本系统的控制模块，其主要功能是将电机的输入电流拆分成若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动，从而实现对步进电机的控制。

四、系统流程1、系统初始化整个系统初始化主要包括STM32控制器的初始化、FPGA模块的初始化、各个驱动模块的初始化、电源模块的初始化，当系统初始化完成后，所有硬件设备均已经准备完成，可以开始正常的运行。

基于STM32的CAN总线通信设计_亢雪琳

基于STM32的CAN总线通信设计_亢雪琳

CAN—Controller Area Network is a multi-master network which created by BOSCH.Cause it satisfied high requirements of the system on the flexibility and reliability,it quickly becomes the most promising bus in public.First CAN was created to solve the data exchange problem between controllers and test instruments.CAN has many masters ,provides the possibility that each node communicate with others as a host .Communication medium can be twisted pair,coaxial cable and optical fiber.
控制器局域网（CAN—Controller Area Network）是由 BOSCH 公司率先推出的一 种多主机局域网，它成功的满足了系统对灵活性和可靠性的高要求，迅速成为公认的 最具前途的现场总线之一。起初，汽车中多个控制器和测试仪器间的数据交换越来越 复杂，引发了对一种多主机数据总线的需求，该总线要能很好的满足控制器间数据交 换的要求，让每个节点都可以作为主机通信，CAN 总线技术因此发展起来。CAN 总线 的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维[4]。CAN 总线技术摒弃了传统的站地 址编码，通信速率可达 1Mb/s。通过对数据块的编码使网络内节点数理论上不受限。 CAN 协议所具有的 CRC 检验功能保证了数据通信的可靠性。数据段长度最多为 8 个字 节，在保证了控制命令等长度要求又不占用过长的总线时间，系统通信的实时性能提 高。CAN 协议所具有的位仲裁机制可以保证实现总线分配时,避免两个站在同时发送数 据时所形成的冲突碰撞。