CN104122854A - 一种自备电源系统中央控制器 - Google Patents

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于克训
马志源
林菊平
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Abstract

本发明涉及一种自备电源系统中央控制器，包括作为主处理器的DSP和作为协处理器的FPGA，所述DSP和FPGA之间通过地址总线和数据总线进行通信，所述DSP通过SPI串口通信端口外接EEPROM，所述DSP通过总线连接有外扩SRAM，所述DSP还设置有扩展端口和仿真接口，所述DSP分别通过总线及驱动连接有CAN1和CAN2，所述DSP连接有A/D检测模块和PWM，所述FPGA外接有拨码按钮、指示灯、发光二极管、激光电源、继电器驱动、液晶屏和键盘，所述FPGA通过总线与上位PC机进行I/O通信。本发明的抗干扰能力强，能够对整个自备电源系统的集中控制和分散管理。

Description

一种自备电源系统中央控制器
  
技术领域
本发明涉及电子技术领域中的中央控制器，具体涉及一种自备电源系统中央控制器。 
  
背景技术
电源系统由两个分系统组成——自备电源分系统、激光电源分系统。自备电源分系统包括柴油-变频发电机组，拖动-高压发电机组，高压充电器，电力电子变换器组，电源控制器。 
电源控制器是自备电源分系统的控制单元，它接收中央控制器的指令或人工控制指令，根据操作指令或中央控制器的命令来控制和协调整个自备电源分系统各部件的动作，记录相应状态和数据并显示。 
电源控制器的另一个重要功能是按中央控制器的要求准时控制储能电容器的转换开关及点火器，完成储能电容器的放电过程，输出激光脉冲。 
现有技术很难达到对整个自备电源系统的集中控制和分散管理。 
  
发明内容
本发明的目的是为了克服上述缺陷，提供一种能够对整个系统进行集中控制和分散管理的自备电源系统中央控制器。 
为实现上述目的，本发明设计的自备电源系统中央控制器，包括作为主处理器的DSP和作为协处理器的FPGA，所述DSP和FPGA之间通过地址总线和数据总线进行通信，所述DSP通过SPI串口通信端口外接EEPROM，所述DSP通过总线连接有外扩SRAM，所述DSP还设置有扩展端口和仿真接口，所述DSP分别通过总线及驱动连接有CAN1和CAN2，所述DSP连接有A/D检测模块和PWM，所述FPGA外接有拨码按钮、指示灯、发光二极管、激光电源、继电器驱动、液晶屏和键盘，所述FPGA通过总线与上位PC机进行I/O通信。 
在上述技术方案中，所述地址总线和数据总线为DSP28335，FPGA对DSP传输过来的数据进行译码做出相应控制，通过9位数据线和XZCS7选通信号，达到512个的译码空间对FPGA进行为512种控制，通过16位数据总线实现DSP与FPGA一次两个字节的数据传输，并通过XRD与XWE0分别为DSP给FPGA的读、写使能信号。 
在上述技术方案中，所述DSP主处理器包括复位模块，复位模块包括软件复位和硬件复位；所述软件复位采用外部看门狗芯片TPS3823-33DBVR进行复位，在软件运行中，每隔一段时间踢狗，若程序跑飞，在规定的时间间隔内没有踢狗，则看门狗芯片将会产生一个低电平，该低电平进入DSP的复位引脚，引发DSP复位，外部看门狗与DSP内部的看门狗同时起作用；硬件复位为两个线与关系的按键，两个按键信号为线与关系。 
本发明的中央控制器作为整个控制系统的大脑，包括了主控CPU、协处理器以及相应外设，采用DSP作为主处理器，同时采用FPGA作为协处理器，它们之间采用总线的方式进行通信，从而能够胜任整个系统大批量信号的处理及控制。除了搭建了通信用CAN等外设外，还通过总线外扩了RAM，以及应用SPI串口通信端口外接了EEPROM。外部模拟检测量经过传感器检测后送入DSP的A/D检测模块入口。各类信号的连接主要由FPGA完成，在其内部进行逻辑的控制后将数据传送给DSP。外部的一些控制也主要由DSP与FPGA进行数据交流中完成的。 
由于整个电源系统较为庞大，单由一块CPU很难实现对整个系统的监控，尤其在I/O上十分紧缺，所以选择了一块管脚较多的FPGA作为协处理器。它们之间主要是通过DSP28335的地址总线和数据总线进行通信。系统主要靠FPGA对DSP传输过来的数据进行译码，然后做出相应控制。通过9位数据线，和XZCS7选通信号，即通过DSP28335 XINTF ZONE7多达29=512个的译码空间对FPGA最多为512种的不同控制，足以满足本系统的控制要求。通过16位数据总线可以实现DSP与FPGA一次最多为两个字节的数据传输。XRD与XWE0分别为DSP给FPGA的读、写使能信号。 
复位电路主要用于DSP系统的复位，该复位分为软件复位和硬件复位。软件复位是采用看门狗芯片TPS3823-33DBVR进行复位，即外部看门狗电路。在软件运行中，每隔一段时间踢狗。若程序跑飞，在规定的时间间隔内没有踢狗，则看门狗芯片将会产生一个低电平，该低电平进入DSP的复位引脚，引发DSP复位。硬件复位是采用按键进行复位，两个按键信号为线与关系。软件复位的输出通过跳线相连接（P5），这样能够灵活的禁止和启用外部看门狗。外部看门狗与DSP内部的看门狗同时起作用，这使系统拥有了双重保险，增强系统的抗干扰能力。 
  
附图说明
图1为本发明总体框图； 
图2为本发明DSP与FPGA通信原理图。
  
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述： 
如图1所示的自备电源系统中央控制器，包括作为主处理器的DSP和作为协处理器的FPGA，DSP和FPGA之间通过地址总线和数据总线进行通信，DSP通过SPI串口通信端口外接EEPROM，DSP通过总线连接有外扩SRAM，DSP还设置有扩展端口和仿真接口，DSP分别通过总线及驱动连接有CAN1和CAN2，DSP连接有A/D检测模块和PWM，FPGA外接有拨码按钮、指示灯、发光二极管、激光电源、继电器驱动、液晶屏和键盘，FPGA通过总线与上位PC机进行I/O通信。
如图2所示，地址总线和数据总线为DSP28335，FPGA对DSP传输过来的数据进行译码做出相应控制，通过9位数据线和XZCS7选通信号，达到512个的译码空间对FPGA进行为512种控制，通过16位数据总线实现DSP与FPGA一次两个字节的数据传输，并通过XRD与XWE0分别为DSP给FPGA的读、写使能信号。 
DSP主处理器包括复位模块，复位模块包括软件复位和硬件复位；软件复位采用外部看门狗芯片TPS3823-33DBVR进行复位，在软件运行中，每隔一段时间踢狗，若程序跑飞，在规定的时间间隔内没有踢狗，则看门狗芯片将会产生一个低电平，该低电平进入DSP的复位引脚，引发DSP复位，外部看门狗与DSP内部的看门狗同时起作用；硬件复位为两个线与关系的按键，两个按键信号为线与关系。 
由于电源控制器需要连接总控和多个下级模块，所以采用了广泛用于汽车电子中的CAN总线。CAN总线是一种串行通信协议，具有较高的通信速率和较强的抗干扰能力，可以作为现场总线应用于电磁噪声比较大的场合，尤其适合本系统的通信。由于DSP不适合直接驱动光耦，所以CANTX输出信号通过74LVC07，即通过一个正向OD门后接入高速光耦6N137隔离，然后经过CAN通信专用电平转换芯片PCA82C250引出，同理CAN接收到信号后通过PCA82C250进行电平转换后再经过6N137隔离后传送回DSP的CAN接收口。 
本发明对DSP进行最小系统设计，F2833X 在保持150 MHz时钟速率不变的情况下，新型F2833x浮点控制器与 TI 前代领先数字信号控制器相比，性能平均提高 50%。与作用相当的 32 位定点技术相比，快速傅立叶转换 (FFT) 等复杂计算算法采用新技术后性能提升了一倍之多。 
TMS320F28335 DSP具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。与前代DSC相比，平均性能提升50%，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。DSP处理器TMS320F28335，32位浮点高速数字处理器，最高工作频率150M；DSP片内内置256K * 16位 FLASH，可存放用户程序，FLASH可加密；DSP片内内置 34K * 16位 SRAM；DSP片外扩展 64K * 16位SRAM（基本配置），最大可扩展到512K * 16位。 
DSP最小系统是指能够使DSP完成基本功能的电路，主要包括供电电路、晶振、看门狗等。 
由于系统的一些状态参数往往不仅要在线修改，并且要求这些修改过的参数在断电后能够继续保持，以备下次上电时恢复系统的状态。且由于系统I/O紧张，所以采用了只需要4跟线的SPI通信EEPROM，25LC256来完成在线参数以及数据存储。其中HOLD管脚在低电平时允许用户在流程中途暂停时钟，。WP引脚具有写保护功能，本系统未用到，也直接上拉。所以只需要将剩下的接口与DSP28335的SPI接口对应相接即可。 
电源控制器与各模块之间紧急用通信，如故障通信等，采用I/O口直接通信的方式。由于通信距离较远，且通信信号要求充分准确，所以必须进行隔离控制，本系统采用24V辅助电源作为隔离用电源，电压较高，传输能力强，受干扰小，其中隔离光耦均采用TLP121。由于DSP驱动能力弱，所以光耦LED端的驱动信号仍由74LVC07来完成。 

Claims (3)

1.一种自备电源系统中央控制器，其特征在于：包括作为主处理器的DSP和作为协处理器的FPGA，所述DSP和FPGA之间通过地址总线和数据总线进行通信，所述DSP通过SPI串口通信端口外接EEPROM，所述DSP通过总线连接有外扩SRAM，所述DSP还设置有扩展端口和仿真接口，所述DSP分别通过总线及驱动连接有CAN1和CAN2，所述DSP连接有A/D检测模块和PWM，所述FPGA外接有拨码按钮、指示灯、发光二极管、激光电源、继电器驱动、液晶屏和键盘，所述FPGA通过总线与上位PC机进行I/O通信。
2.根据权利要求1所述的自备电源系统中央控制器，其特征在于：所述地址总线和数据总线为DSP28335，FPGA对DSP传输过来的数据进行译码做出相应控制，通过9位数据线和XZCS7选通信号，达到512个的译码空间对FPGA进行为512种控制，通过16位数据总线实现DSP与FPGA一次两个字节的数据传输，并通过XRD与XWE0分别为DSP给FPGA的读、写使能信号。
3.根据权利要求1所述的自备电源系统中央控制器，其特征在于：所述DSP主处理器包括复位模块，复位模块包括软件复位和硬件复位；所述软件复位采用外部看门狗芯片TPS3823-33DBVR进行复位，在软件运行中，每隔一段时间踢狗，若程序跑飞，在规定的时间间隔内没有踢狗，则看门狗芯片将会产生一个低电平，该低电平进入DSP的复位引脚，引发DSP复位，外部看门狗与DSP内部的看门狗同时起作用；硬件复位为两个线与关系的按键，两个按键信号为线与关系。
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