一種總線式繼電器控制板卡的設計

李曉紅

摘要：近些年來，社會的高速發展推動著各個領域的高度集成化。以工業產業化為例，傳統繼電器控制柜智能化程度較淺，尤其是很多控制領域仍然通過傳統模擬電路進行控制。該控制模式適用于一些控制回路較少等場所，在需控制回路較多等場所則無形中加大了控制板卡的電路設計難度與板卡的尺寸，提高了現場電源設計與走線的要求[1]，這種模式并不符合集成化的設計思路。本論文提出了一種總線式的繼電器控制板卡的設計，DSP通過地址與數據總線與FPGA、CPLD進行通信，CPLD識別指令并編碼相應控制繼電器與輸出回路進行動作，該設計思路解決了板卡尺寸與控制集成度之間的邏輯矛盾[2]，適用于現代集成化工業設計環境。

關鍵詞：繼電器控制;DSP;FPGA;集成化

中圖分類號：TN720.1 ?文獻標識碼：A

引言

隨著社會信息高速的多元化發展，工業環境對產品的集成度要求越來越高。本文依托某國防科研項目，著重從DSP背部總線進行分析，CPLD實現后端識別、解析與控制功能。對幾十路繼電器控制信號進行分類規劃，并實現統一控制，大大降低了設計成本，提高了產品設計的智能化與集成化。

1核心單元設計

本文核心單元選取DSP與FPGA控制架構，繼電器控制板卡作為DSP整個控制流程輸出邏輯控制部分存在。DSP與FPGA通過XINTF區域總線進行數據串并轉換，FPGA對數據并不進行處理，無數據算法部分存在，轉化為并行數據后發送至背部總線，交付于底層各邏輯繼電器板卡進行下一步識別與邏輯控制。

DSP選擇TMS320F28335型數字信號處理器，是TI公司的一款TMS320C28X系列浮點DSP控制器。與以往的定點DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設集成度高，數據以及程序存儲量大，A/D轉換更精確快速等。TMS320F28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點處理單元，6個DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF，有多達18路的PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的PWM輸出 （HRPWM），12位16通道ADC。得益于其浮點運算單元，用戶可快速編寫控制算法而無需在處理小數操作上耗費過多的時間和精力，與前代DSP相比，平均性能提高50%[3]，并與定點C28x控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發，縮短開發周期，降低開發成本。該芯片中電58所國產可替代。

FPGA選擇XILINX公司生產的7K325TFG900，國產有替代。配置ROM選用深圳國微公司的SM18V04實現。

FPGA具有如下特點：

a）集成度高，器件密度大，速度快，片上存儲器資源能夠滿足設計需求，可以實現極其復雜的時序與組合邏輯電路功能;

b）最多支持32路GTX，每路GTX最高支持12.5Gbps，滿足設計要求;

c）包含478k個Slice，每個Slice包含4個6輸入的LUT和8個FF寄存器，即總共包含303600個LUT和607200個FF寄存器，可以實現極其復雜的時序與組合邏輯功能;

d）具有豐富的存儲器資源，包含8088 Kbits的分布式RAM和1030個Block RAM;

e）包含豐富的時鐘資源，包含14個時鐘管理單元CMT，每個CMT由1個MMCM和1個PLL組成;

f）具有豐富的IO資源，包含700個單端IO和226個差分IO對;

2、FPGA軟件部分設計

FPGA系統設計中，DSP為主機，FPGA為從機，DSP與FPGA通過DSP的XINTF數據總線進行數據交互。XINTF數據總線包括16位地址線和16位數據線[4]。

3 繼電器控制部分設計

上述各繼電器板卡之間的總線控制首先需要結合DSP芯片選XINTF功能，定義相應讀、寫、地址線、數據線、片選線，管腳分配結合原理圖引腳定義相應輸入輸出管腳。背板總線與CPLD直接之間進行74LS245芯片設計，主要起到驅動隔離的作用，結合245芯片功能，定義CPLD上相應DIR與OE控制線并分配相應管腳[5]。數字量輸入板主要針對16路無源信號與3路有源信號進行檢測，代碼中分配2個8位寄存器與一個4位寄存器，分配16位地址總線與數據總線，外部光耦設計邏輯為低電平有效[6]，DSP回讀數據默認狀態為高電平，外部信號輸入呈現數字量‘0’，無數據回讀時呈現數字量‘1’繼電器控制部分主要完成FPGA背部總線數據片選、解析與控制功能[7]。

4 結論

該項目成功驗證了總線式繼電器板卡控制的穩定性、多樣性與集成化等特性。通過上位機可直接控制幾十條繼電器控制回路，僅僅通過一個繼電器板卡即可完成，該模式可完全替代傳統繼電器控制柜中復雜的布線與控制回路，具有很好的工業推廣價值。

參考文獻

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