CN204926079U - 基于dsp和fpga的控制板卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于DSP和FPGA的控制板卡，所述控制板卡包括核心板和扩展板两部分；控制板卡包括DSP数字信号处理器、电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块、模拟数字信号采样模块、FPGA逻辑芯片、PWM输出模块、JTAG2下载模块、I/O扩展模块；本实用新型以DSP为主运算处理单元，完成复杂控制算法，FPGA为从控制扩展单元，协助DSP完成扩展结构设计并对系统逻辑信号进行控制，发挥DSP在实时和高精度运算上的优势及FPGA在逻辑功能实现、丰富I/O资源及配置灵活上的优势，提高了系统运行速度，增强了控制系统可靠性。

Description

基于DSP和FPGA的控制板卡

技术领域：

本实用新型涉及一种控制板卡电路，尤其涉及一种基于DSP和FPGA的控制板卡电路。

背景技术：

近年来，随着电力电子器件的发展，开关电源技术可应用于高压电源。它通过PWM波控制开关器件的导通关闭来调节输出电压的高低，采用逆变电路来提高变压器的工作频率，大大降低了器件的体积与重量；然而在控制输出PWM波形上，当前多采用如UC3525、TL494等特定的模拟型电源芯片，这些芯片受温漂或老化现象的影响，会产生过大的控制误差，控制精度有所降低；还有采用8051或AVR单片机作为控制核心的智能数字化控制方法，这种方法克服了采用模拟芯片带来的温漂以及老化的影响，但受控制芯片工作频率限制，无法实现高频化成为影响其广泛使用的主要因素。

目前，DSP芯片以运算速度快、精度高、抗干扰能力强等优点，在电机控制，电力传动等领域得到了广泛应用，目前己有工作频率达1GHz的DSP芯片，可以预计随着开关电源高频化的发展，DSP芯片必将成为控制高压电源的主流芯片。

FPGA器件具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，它又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可适时在线检测等优点，被广泛应用于产品的原型设计和产品生产之中。

实用新型内容：

本实用新型为解决现有技术存在的问题，提供了一种基于DSP和FPGA的控制板卡。基于DSP和FPGA的控制板卡具有通讯速度快、数据处理能力强、运行稳定、可以控制多个全控型变换器功率单元的优点。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：

基于DSP和FPGA的控制板卡采用核心板加扩展板的方式，核心板为DSP数字信号处理器最小系统板，扩展板为以FPGA为核心的功能扩展板。其中，所述的核心板包括DSP数字信号处理器、电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块；扩展板包括FPGA逻辑芯片、模拟数字信号采样模块、PWM输出模块、JTAG2下载模块、电源转换模块、I/O扩展模块。

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡包括RS485总线，方便与上位机通信；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡包括RS232和CAN总线；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡包括继电器模块；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡中电源模块分别与复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块、FPGA逻辑芯片、模拟数字信号采样模块、PWM输出模块、JTAG2下载模块连接，为控制板卡供电；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡中复位模块与DSP数字信号处理器连接，为控制板卡提供上电复位和掉电复位；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡中时钟模块与DSP数字信号处理器连接，为系统提供时钟信号；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡中扩展总线模块所扩展总线包括地址总线、数据总线、CAP/EQEP信号、PWM信号、ADC、SCI、McBSP、CAN、SPI、读写片选信号、中断信号、电源信号；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡中FPGA逻辑芯片和DSP数字信号处理器、扩展总线模块连接，实现总线的逻辑控制以及I/O扩展；

特别的，所述基于DSP和FPGA的控制板卡中核心板和扩展板采用上下叠层、可分离的结构，上层为核心板，下层为扩展板，核心板背部有两列双排插针式外扩引脚接口，可以插在扩展板上的插槽中，实现层叠和分离；

本实用新型所述基于DSP和FPGA的控制板卡具有的优点和积极效果为：

1.本实用新型所述基于DSP和FPGA的控制板卡，控制板卡电路全部使用工业级的芯片组，数据处理速度较快，抗干扰能力强，运行稳定，使用范围广泛。

2.本实用新型采用可编程逻辑芯片FPGA来实现I/O扩展，具有修改方便，集成度高的特点。

3.本实用新型采用DSP芯片作为主运算处理单元，FPGA芯片作为从控制扩展单元，将DSP芯片和FPGA芯片组合使用，充分发挥了DSP在实时和高精度运算上的优势及FPGA在逻辑功能实现、运算速度、丰富的I/O资源及配置灵活上的优势，提高系统运行的速度，增强了控制系统的可靠性。

4.本实用新型采用核心板加扩展板方式，当DSP控制芯片烧坏时，只需更换核心板即可，减少资源浪费，节省成本。

5.本实用新型体积小，集成度高，功能强大，可以方便的嵌入到控制系统中。

附图说明：

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：

图1是本实用新型基于DSP和FPGA的控制板卡原理方框图；

图2是本实用新型基于DSP和FPGA的控制板卡核心板功能单元示意图；

图3是本实用新型基于DSP和FPGA的控制板卡扩展板功能单元示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施实例对本实用新型作进一步的说明：

如图1、图2和图3所示，基于DSP和FPGA的控制板卡采用核心板加扩展板的方式。核心板为DSP数字信号处理器最小系统板，扩展板为以FPGA为核心的功能扩展板。其中，所述的核心板包括DSP数字信号处理器、电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块；扩展板包括FPGA逻辑单元、模拟数字信号采样模块、PWM输出模块、JTAG2下载模块、电源转换模块、I/O扩展模块。

所述的DSP数字信号处理器采用TI公司的32位定点单精度浮点高速TMS320F28335处理器，该处理器工作频率为150MHz，有3个32位的CPU定时器、16通道的12位ADC、18通道PWM、并具有SPI、SCI、McBSP及PC总线等。

所述电源模块分别与上述的复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块、FPGA逻辑芯片、模拟数字信号采样模块、PWM输出模块、JTAG2下载模块连接，为控制器提供电源；电源模块由开关电源引入+5V电源，输入电流为+2.5A，由TPS767D301实现+5V到+3.3V、+1.9V的转换，由ASM1117-1.2实现+5V到+1.2V转换。

所述复位模块与DSP数字信号处理器连接，为控制处理器提供上电复位和掉电复位；上电复位，确保系统上电时能够正确的启动，掉电复位，当电源失效或电压降到某一电压值以下时，产生复位信号进行系统复位，具体由MAX811实现。

所述时钟模块采用内部振荡器，在TMS320F28335芯片的X1和X2引脚之间连接一个30MHz的石英晶体，通过编程选择5倍频的PLL功能，实现TMS320F28335的工作频率为150MHz。

所述外扩RAM存储器选用IS6ILV25616芯片，外扩Flash存储器选用SST39VF800芯片。

所述扩展总线模块所扩展总线包括地址总线、数据总线、CAP/EQEP信号、PWM信号、ADC、SCI、McBSP、CAN、SPI、读写片选信号、中断信号、电源信号。

所述控制板包括RS232、RS485、CAN总线、继电器模块，控制板支持多种通讯方式，可以很方便进行系统的状态监测和远程监控。

所述FPGA逻辑单元采用CycloneII代芯片EP2C8Q208C8，TMS320F28335的地址总线和数据总线连接到FPGA芯片EP2C8Q208C8，通过地址信号和各个芯片的使能信号控制FPGA芯片工作；DSP处理器的指令信号经过FPGA芯片分解成18路光电收发器的驱动信号，控制18个功率单元产生PWM波，功率单元的状态信息再经过光电收发器传送给FPGA芯片，再经过信息处理后，将信息传送给DSP处理器进行处理。

所述基于DSP和FPGA的控制板卡中核心板和扩展板采用上下叠层、可分离的结构，上层为核心板，下层为扩展板，核心板背部有两列双排插针式外扩引脚接口，可以插在扩展板上的插槽中，实现层叠和分离。

本实用新型所述基于DSP和FPGA的控制板卡具有的优点和积极效果为：本实用新型控制板卡电路全部使用工业级的芯片组，数据处理速度较快，抗干扰能力强，运行稳定，使用范围广泛；本实用新型采用可编程逻辑芯片FPGA来实现I/O扩展，具有修改方便，集成度高的特点；本实用新型采用DSP芯片作为主运算处理单元，FPGA芯片作为从控制扩展单元，将DSP芯片和FPGA芯片组合使用，充分发挥了DSP在实时和高精度运算上的优势及FPGA在逻辑功能实现、运算速度、丰富的I/O资源及配置灵活上的优势，提高系统运行的速度，增强了控制系统的可靠性；本实用新型采用核心板加扩展板方式，当DSP控制芯片烧坏时，只需更换核心板即可，减少资源浪费，节省成本；本实用新型体积小，集成度高，功能强大，可以方便的嵌入到控制系统中。

根据上述说明书的阐述，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明。

Claims (6)

1.基于DSP和FPGA的控制板卡，其特征在于，所述控制板卡包括DSP数字信号处理器、电源模块、复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块、FPGA逻辑芯片、模拟数字信号采样模块、PWM输出模块、JTAG2下载模块、电源转换模块、I/O扩展模块；

电源模块分别与复位模块、时钟模块、JTAG1下载模块、外扩RAM、外扩Flash、扩展总线模块、FPGA逻辑芯片、模拟数字信号采样模块、PWM输出模块、JTAG2下载模块连接，为控制板卡供电；

复位模块与DSP数字信号处理器连接，为控制板卡提供上电复位和掉电复位；

时钟模块与DSP数字信号处理器连接，为系统提供时钟信号；

FPGA逻辑芯片和DSP数字信号处理器、扩展总线模块连接，实现总线的逻辑控制以及I/O扩展。

2.如权利要求1所述基于DSP和FPGA的控制板卡，其特征在于所述控制板卡采用核心板加扩展板的方式，核心板和扩展板采用上下叠层、可分离的结构，上层为核心板，下层为扩展板，核心板背部有两列双排插针式外扩引脚接口，插在扩展板上的插槽中。

3.如权利要求1所述基于DSP和FPGA的控制板卡，其特征在于所述控制板卡的DSP数字信号处理器采用TI公司的TMS320F28335器件。

4.如权利要求1所述基于DSP和FPGA的控制板卡，其特征在于所述控制板卡的FPGA逻辑芯片采用CycloneII代芯片EP2C8Q208C8。

5.如权利要求1所述基于DSP和FPGA的控制板卡，其特征在于所述控制板卡外扩RAM采用IS6ILV25616芯片，外扩Flash采用SST39VF800芯片。

6.如权利要求1所述基于DSP和FPGA的控制板卡，其特征在于所述控制板卡包括RS232、RS485、CAN总线和继电器模块。