一種集成腳本控制單元的設計與實現

高志剛+盧琦+李建林

摘要：本文介紹了一種集成腳本控制單元（Integrated Script Control Unit，簡稱ISCU）的設計與實現，其包含2個部分，分別為控制板和軟件。用戶可在軟件上編寫具體的腳本并將其存儲在控制板上，以此來設計控制流程和算法。控制板上的處理器運行程序時，將實現所設計的算法。軟件還可以監控所有的變量，提高了查找算法漏洞的效率。

關鍵詞：集成腳本控制單元；控制板；軟件

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）34-0099-03

一、引言

近些年來，電力電子變換器得到大量關注，廣泛用于工業、商業領域，比如電機驅動器、電源和風力發電。在對其控制上多采用像TMS320F2812和TMS320F28335這樣的數字處理器，執行相應的控制算法。然而，這些芯片都擁有大量的寄存器、模塊、外設，使用時用戶需要編寫大量代碼來對芯片初始化和控制外設，故都不容易掌握。基于迅速編寫電力電子變換器中控制算法并執行的需求，筆者設計并實現了ISCU。ISCU可以在不對處理器編寫任何代碼的情況下，為變換器設計算法。它提供了一個對用戶來說簡單易懂的腳本系統，其中所編寫好的算法可以被ISCU翻譯和執行，然后控制變換器。

二、ISCU拓撲結構

ISCU由兩部分構成，分別是控制板和軟件。

1.控制板。控制板上擁有為各類應用場合所準備的數字和模擬端口。此外，控制板還提供了一條外部數據總線，如有更深拓展時可以用到。圖1中包含了本文中所設計的控制板。計算機和控制板之間通過一對光纖連接通信。

表1中列出了控制板上所有的資源。控制板的處理器中存有服務器程序。上電時，該程序讀取存儲芯片中的腳本，并在每個開關周期執行。

2.軟件。軟件主要有兩頁，如圖2所示。

第一頁用于編輯、編譯和燒錄程序到控制板上；第二頁則用于觀察用戶在程序中所設變量的波形圖。該軟件支持104條指令，涉及數學運算、邏輯判斷、通信、調節器等方面。用戶可以編寫腳本，實現具體功能，并在軟件中觀察變量。圖2中也舉了一個例子——關于如何創建一個10Hz的方波并將其輸出。在該腳本中，“ifLarger/but/overIf”指令用于改變變量“counter”的值，并控制數字輸出端口。

三、ISCU中的腳本系統

1.指令及其分類。腳本系統可以編譯由用戶編寫的腳本，并查找其中的錯誤。腳本成功編譯后即可轉換至控制板當中。用戶可以在程序中創建變量，并調用腳本系統所提供的各種指令。104條指令可以分成5組，如表2所示。用戶只要利用這些指令，便可以設計各種算法，使控制板以相應模式工作。

2.腳本編譯和存儲。編譯過程按以下幾步進行：①將腳本分成多塊。②編譯器嘗試找出每一塊中的指令和參數。如若格式不對或者參數不可取，編譯以失敗告終。③記錄用戶所創建的變量。每個變量存為30個字節，其中26個與變量名稱相關，剩下4個與變量初始值相關。④每一塊腳本分配10個字節，用于存儲指令類型、參數和邏輯信息。因此，若變量數量為m，分塊數量為n，那么用于存儲腳本的字節數量（記為q）可以由式（1）得到：q=30m+10n （1）

四、開放源碼的考慮

筆者愿意對社會公開ISCU的所有文檔和源代碼。筆者也樂意將ISCU的細節分享給每一位對該系統感興趣的人。筆者相信在ISCU的幫助下，各類用戶能在學習電力電子技術，搭建變換器編寫算法時受益。筆者歡迎且鼓勵針對ISCU的任何修正和完善。

五、結論

本文設計并發明了一種集成腳本控制單元（ISCU），用于協助對電力電子變換器迅速開發控制算法。ISCU包含控制板和軟件兩個部分，前者擁有數字處理器和執行算法的其他硬件資源，后者則可直接編寫具體的腳本，并可監控所有的變量。ISCU軟件中提供了一系列指令，可滿足各類變換器算法需求。筆者歡迎針對ISCU的修正和完善。

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