（计算机应用技术专业论文）高压直流阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的研制.pdf

摘要 本论文的工作是基于i n t e l3 8 6 e x 微处理器体系结构的硬件平台的设计制作， 该系统完成高压直流阀控晶闸管监控和传输控制功能。论文研究确定了系统采用 的硬件设计方案，完成了硬件电路板的制作，对电路系统的硬件调试方法进行了 讨论和实施。 论文对嵌入式微处理器i n t e l3 8 6 e x 进行的研究包括内部资源、地址空间、工 作模式及总线传输等。以h a t e l3 8 6 e x 为核心设计了包括处理器模块、存储器模块、 c a n 通信控制模块、加强型通信控制以及外围接口电路模块。针对该系统的印制 电路板( p c b ) 设计，对p c b 的布局、布线及校验进行了详细的分析和研究，对p c b 设计中所采用的抗干扰措施进行了深入讨论。 本论文设计的调试软件完成了各功能模块的软硬件测试工作，嵌入式系统板 实现了对各个接口的控制功能，编程设计的b o o t l o a d e r 完成了程序在f l a s h 中的 引导以及对系统的初始化工作，该系统可以实现系统间的c a n 通信和h d l c 的光 纤通信。 关键词：高压直流阀控i n t e l3 8 6 e x 微处理器c a nh d l c a b s t r a c t t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ri sh a r d w a r ed e s i g nb a s e do nt h ei n t e l38 6 e x m i c r o p r o c e s s o ra r c h i t e c t u r eh a r d w a r ep l a t f o r m t h es y s t e mi m p l e m e n t st h ef u n c t i o n so f t h y r i s t o rm o n i t o r i n ga n dt r a n s m i s s i o nc o n t r o li nt h ev a l v ec o n t r o lo fh v d c t h e s c h e m eo fs y s t e mh a r d w a r ed e s i g ni sd e c i d e di nt h i sp a p e r ；t h ec i r c u i tb o a r di s c o m p l e t e d ，a n dt h em e t h o do fs y s t e mh a r d w a r ed e b u g g i n gi sd i s c u s s e da n d i m p l e m e n t e d t h er e s e a r c ho nt h ei n t e l3 8 6 e x m i c r o p r o c e s s o ri nt h i sp a p e r i n c l u d e si n t e r n a l r e s o u r c e s ，a d d r e s ss p a c e ，t h em o d eo fo p e r a t i o n ，b u st r a n s m i s s i o na n ds oo n t h es y s t e m w h i c hu s e dt h ei n t e l38 6 e xa st h ec o r e ，i n c l u d e sp r o c e s s o rm o d u l e ，m e m o r ym o d u l e ， c a nc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，e n h a n c e ds e r i a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，i n t e r f a c e c i r c u i tm o d u l e a i m i n ga tt h i ss y s t e m sp r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) d e s i g n ，p c bl a y o u t , w i r i n ga n dc h e c k o u ta r ea n a l y z e da n ds t u d i e d ，a n dt h ea n t i - j a m m i n gm e a s u r e sa r e d i s c u s s e di nd e p t h t h e d e b u g g i n gs o f t w a r ed e s i g n e di nt h i sp a p e rc o m p l e t e st h et e s t i n gw o r ko f s o f t w a r ea n dh a r d w a r eo na l lf u n c t i o n a lm o d u l e s t h ef u n c t i o no fc o n t r o lt oe v e r y i n t e r f a c ei sr e a l i z e do nt h ee m b e d d e ds y s t e mb o a r d b o o t l o a d e rd e s i g n e db y p r o g r a m m i n gc o m p l e t e sg u i d i n go fp r o g r a m si nf l a s ha n di n i t i a l i z a t i o no fs y s t e m c a n c o m m u n i c a t i o na n dh d l co p t i c a lc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt w os y s t e m sc a nb e a c h i e v e dh e r e k e y w o r d s ：t h ev a l v ec o n t r o lo fh v d c i n t e l3 8 6 e xm i c r o p r o c e s s o rc a nh d l c 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：啤 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。( 保密的 论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：二啤 导师签名：l 虱盗 日期尘翌墨：茎! 日期丝芝：呈蔓 第一章绪论 第一章绪论昂一早珀t 匕 本章介绍了课题研究的背景，分析了当前国内外高压直流输电( h v d c ) 技术 的发展状况，阐述了高压直流输电的核心技术一阀控制保护技术的重要性，讨论 了课题研究目的，并简述了本篇论文所做的工作和章节安排。 1 1 课题研究背景 当今世界上发电和用电几乎都是交流电的电力系统，早期传统的输电也采用 交流输电方式，但随着电力技术的发展，高压直流输电因为其线路造价低、损耗 小，稳定性高以及快速可控等特点，已逐渐成为一种主要的输电方式，与交流输 电不同，高压直流输电是将交流电通过换流站整流变成直流电，通过直流输电线 路送往另一个换流站，然后再逆变成交流电的输电方式【lj 。自1 9 5 4 年第一个高压 直流输电( h v d c ) 系统在瑞典投入运行以来，经过半个世纪的发展，h v d c 技术 已经取得了长足的进步。特别是8 0 年代以后，高压直流晶闸管阀和高压输电技术 取得突破性的发展，使得用高压直流输电更经济、更可靠。迈入9 0 年代以后，电 力技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，使得高压直流输电的控制保护技术 得到进一步的发展和完善，可靠性得到提高。据不完全统计，目前世界上已有近 百个h v d c 工程，遍布了五大洲的2 0 多个国家。 在高压直流输电中，阀控制保护是其中的核心技术，它用于监控和保护晶闸 管，并且进行数据采集和数据处理1 2 】。近年来，高压直流输电技术发展的主要表现 之一就是高速发展的电子信息技术在直流控制保护的应用，包括嵌入式处理器技 术、光传送通信技术、局域网分布信息传送技术等【3 】，尤其是高性能嵌入式系统在 控制和保护中的使用，大大提高了高压直流输电的实时性、可靠性和稳定性。目 前，h v d c 的发达地区在欧洲和北美，a b b 和西门子等公司拥有最先进的h v d c 技 术，尤其在阀控制保护技术上，a b b 和西门子公司处于世界领先地位。 从上世纪八十代末至今，虽然我国已有十多个远距离、大容量h v d c 工程投 入运行，但是这些工程中的大多数从设计到设备制造都依赖于国外的公司( a b b 和西门子) 。由于我国对于高压直流输电技术的研究起步比较晚，当前我国所用的 大量设备还都主要依赖于进口，技术和设备的国产化进程缓慢，而其中限制国产 化的一项关键技术就是阀控制保护技术。今天随着我国“西电东送”、“南北互供” 等工程的启动，高压直流输电在形成全国互连统一网中的优越性将曰益突出。因 此，加快高压直流输电关键技术的研究是非常重要的。 高压直流阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的研制 1 2 本篇论文的主要工作和章节安排 本论文的选题来自于高压直流输电阀控项目中的一部分。本论文的主要目的 是在理解直流阀控技术和掌握i i l t e l3 8 6 e x 处理器体系结构的基础上，完成对高压 直流输电阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的硬件设计和调试。具体工作主 要包括：研究i n t e l3 8 6 e x 处理器的体系结构；设计基于i n t e l3 8 6 e x 嵌入式处理器 的晶闸管监控系统和传输控制系统；应用p r o t e l 软件进行原理图设计和p c b ( 6 层电路板) 的设计；对硬件电路进行焊接和调试，这里包括测试程序的编写和简 易b o o t l o a d e r 的设计和编写。 论文总共分七章：第一章主要介绍课题的研究背景、当前高压直流输电技术 的国内外发展现状以及课题研究的目的和意义。第二章，对整个阀控系统做了简 要的介绍，并对晶闸管监控系统和传输控制系统做了功能描述和分析，提出了系 统设计要求。第三章，对核心处理器i n t e l3 8 6 e x 的系统结构和内部资源进行了详 细的介绍，并提出了处理器外围设计方案，为硬件电路设计做好准备。第四章， 确定了系统采用的硬件设计方案，并对系统的各个模块单元的硬件设计进行了详 细描述。第五章，介绍了印刷电路板的设计流程，对p c b 的布局、布线、校验以 及抗干扰措施等方面进行了讨论。第六章，设计了系统软硬件调试方案，对系统 的各个功能模块进行了调试，完成了b o o t l o a d e r 程序的编写。第七章，总结了本 课题的工作，提出了不足以及后续工作。 第二章系统功能分析 第二章系统功能分析 本章对高压直流输电( h v d c ) 中阀控系统的整体功能进行了介绍，明确了晶 闸管监控系统和传输控制系统在整个阀控系统中所起的作用，研究了所设计系统 与阀控中其它系统的逻辑连接关系，并在此基础上做了功能描述和分析，提出了 系统中各个模块的具体设计要求。 2 1 高压直流输电( h v d c ) 阀控制系统总体功能介绍 晶闸管监控系统和传输控制系统是整个h v d c 阀门控制系统的重要组成部 分，这里为了对晶闸管监控系统和传输控制系统作更好地分析和说明，先对阀控 系统作一整体介绍。 h v d c 阀门控制系统的主要功能是将来自于控制脉冲产生器的电控制脉冲 ( c p ) 信号转换为光点火脉冲( f p ) 信号，以用来打开相连阀门的晶闸管。此外 阀门控制还监控各个阀门的晶闸管，对晶闸管的状态信息( 活跃、正常以及错误 等信息) 进行跟踪和存储，并设置警报等级，将晶闸管反馈的指示信息、活跃信 息以及警报信息送至极控制保护单元，以便极控制保护单元发出正确的控制命令， 选择正常的晶闸管，保证整个系统的正常工作( 如图2 1 ) 。此外为了保证系统的 可靠性和稳定性，整个阀控系统采取冗余设计，即每个组成部分除了工作的设备 外，还有1 个以上的备用设备也同时运行( 但不输出结果) ，当出现故障时能够进 行设备的切换【4 j 。 高压直流阀控中品闸管监控系统和传输控制系统的研制 阀门控制系统 图2 1 阀门控制系统功能框图 2 2 晶闸管监控系统功能分析 晶闸管控 制单元 晶闸管监控系统( t h m ) 是阀门控制中的重要组成部分，按照项目设计需求， 它主要是用来收集失效晶闸管的信息和阀门控制单元( v c u ) 的状态信息。并把事件 发送给极控制保护单元。可以把它称作v c u 的差错及警报信息收集器【5 j 。 t h m 接收来自于阀门控制单元( v c u ) 的信息，并将它保存在系统内部的存 储器里，这样一来内部存储器里就存储了包括指示脉冲( i p ) 、点火脉冲信号( f p ) 、 晶闸管状态信息、晶闸管位置以及错误晶闸管数目等重要信息。t h m 在系统启动 并且v c u 初始化时将差错及警报标准送至v c u ，此外v c u 将已经连接的晶闸管 位置信息送至t h m 并且保存在内部存储器里，同时t h m 开始对连至v c u 的晶 闸管进行追踪和监控。当t h m 检测到故障的晶闸管时，将故障的晶闸管的位置及 状态信息存储下来，并将故障事件信息发送至极控制保护单元( p c p ) ，同时将来 自于v c u 的警报信息也报告给极控制保护单元，极控制保护单元发出正确的控制 命令，对v c u 进行控制保护。 如图2 2 所示，为了t h m 和v c u 之间进行可靠高速的通信，我们采取c a n 总线进行连接，而v c u 和t h m 与极控制保护单元采取c a n 总线和h d l c 链路 第二章系统功能分析 相连。由于c a n 和h d l c 都是非常完善的通讯协议，在汽车及许多工业领域广 泛使用，因此采用c a n 总线和h d l c 链路能够保证各个系统间的稳定可靠的通信。 前一节介绍过，为了保证系统可靠性，整个系统采用冗余设计，这里晶闸管 监控系统和传输控制系统也采取冗余设计，由a 、b 两套系统构成，这样做可以在 发生故障时进行系统切换，并且一个系统工作时，另一个备用设备还可用作调试。 通过以上系统功能的了解和分析，所要设计的晶闸管监控系统必须具备以下 几点要求： 1 需具有高性能c p u ，要求其必须有较强的实时数据处理能力以及高可靠 性。 2 容量较大的存储器( f l a s h 和r a m ) ，用以保存晶闸管的相关信息以及 驻留操作系统和应用程序，同时保证r a m 足够大以运行程序。 3 完整的c a n 通信模块( 包括c a n 控制器和c a n 接口) ，以实现t h m 和 v c u 、极控制保护单元间的c a n 通信。 4 支持h d l c 的通信模块( 包括支持h d l c 的控制芯片矛n p l , 围接口) ，以支 持h d l c 链路传输。 5 串行接口，用于连接p c 终端进行调试。 极控制保护 极控制保护 单元a 单元b e z7 c a n ，h d l ( 彳 成本低。 总线利用率高。 数据传输距离远( 最远可达1 0 k m ) 。 数据传输速率高( 最大可达1 m b i t s ) 。 可靠的错误检测和处理机制。 发送的信息遭到破坏后，可自动重发。 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能。 报文不包含源地址和目的地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。 多主机依据优先权进行总线访问。 无破坏性、基于竞争的仲裁。 借助接收滤波的多地址帧传送。 由于c a n 具有以上一些优越的特性，以及应用的广泛性，包括i n t e l 、 m o t o r o l a , s i m e n s 和p h i l i p s 在内的许多芯片生产厂家都推出带c a n 的微处理器、 独立的c a n 控制器和总线接口芯片。晶闸管监控系统和传输控制系统的设计采用 同样的c a n 模块，具体包括c a n 控制器部分和c a n 接口电路 4 4 2c a n 控制器芯片 本系统选择i n t e l 公司的a s 8 2 5 2 7 作为c a n 控制器。a s 8 2 5 2 7 是一款符合 c a n 通信协议的串行通信控制器，它可以完成c a n 通信过程中报文发送、报文 接收、发送扫描或中断扫描等各种工作，并以简单的接口与i n t e l3 8 6 e x 相连。它 所具有的特性可以总结如下： 支持c a n 2 0 协议，包括标准格式和扩展格式的数据帧、远程帧； 第四章系统硬件电路设计 2 7 可编程全局屏蔽，包括标准的和扩展的信息标识符： 具有1 5 个信息缓冲区，每个缓冲区为8 个字节深度，包括1 4 个t x r x 缓冲区和一个具有可编程屏蔽能力的r x 缓冲区； 可选择c p u 接口，包括多路8 位总线、多路1 6 位总线、8 位非多路总 线( 同步异步) 、串行接口( s p i ) ； 位速率可编程，并具有可编程时钟输出； 可变中断结构； 可对输出驱动器和输入比较器结构进行设置； 两个8 位双向i o 端口； 系统中使用了两片a s 8 2 5 2 7 ，实现两路c a n 通信。下面结合在本系统中的具 体应用说明a s 8 2 5 2 7 的引脚及配置。 x t a l l ：外部时钟输入端，将晶振连接到内部振荡器。在本系统中，将x t a l l 连接到1 6 m 的外部晶振。 x t a l 2 ：内部振荡器的输出端，系统未使用。 c l k o u t ：可编程时钟输出引脚，本系统未使用。 r s t # ：复位信号输入引脚，低电平有效，直接将此引脚接复位芯片的复位引脚。 i n t ( v c c 2 ) ：中断输出端和v c c 2 电压输出端复用引脚，当地址为0 2 h 的寄 存器单元m u x 位设置为1 时，该引脚为v c c 2 电压输出，第5 脚为i n t 输出 端，当m u x 位设置为0 时，该引脚为i n t 输出端。本系统设计中采用该引脚 为i n t 输出端。 c s # ：片选信号输入引脚，两个a s 8 2 5 2 7 的c s # 信号分别由i n t e l3 8 6 e x 的两 个片选信号c s l 和c s 2 # 经过可编程逻辑阵列器件g a l 2 6 v 1 2 得到。 r x 0 、r x l ：串行数据总线输入端，r x 0 连接至c a n 控制器接口芯片a 8 2 c 2 5 0 的r x d 端，r x l 连接至a 8 2 c 2 5 0 的参考电压端。 t x 0 、t x l ：片内可编程输出驱动器的串行数据总线输出端，t x 0 连接至c a n 控制器接口芯片a 8 2 c 2 5 0 的t x d 端，t x l 输出引脚未用。 m o d e 0 、m o d e l ：并行总线接口模式选择位。以它们的组合电平来确定选择 哪一种模式，如表4 8 所示。在此系统中只需要用到8 位非分时复用模式，所 以选择m o d e 0 和m o d e l 都为高电平。 a d o a d 7 ：在8 位非分时复用方式下接8 位的地址总线a 1 a 8 。 a d 8 a d l5 - 在8 位非分时复用方式下接8 位数据总线d o d 7 。 p 2 0 p 2 7 ：8 位双向i o 端口。a l e a s 和r d e ：在非i n t e l 模式下，这两 个引脚必须接高电平。 高压直流阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的研制 表4 8 并行总线接口模式选择位 m o d e lm o d e o 模式 0 0i n t e l8 位分时复用模式，但如果上电复位后r d # 和w r # 都为低电平，i n t e l8 2 5 2 7 将选择串行接口 模式 01i n t e l16 位分时复用模式 10 非i n t e l 方式8 位分时复用模式 1l 8 位非分时复用模式 w r # w r l ：在8 位i n t e l 模式下被用作w r 信号；在1 6 位i n t e l 模式下用作，、非i ， 信号；在非i n t e l 模式下用作r w # 信号。本系统采用非i n t e l 模式，故被用作 r w # 信号。 d a s a c k o ：用于外部处理器对i n t e l 8 2 5 2 7 进行同步访问时相应输出。在本系 统中该信号经过可编程逻辑器件g a l 2 6 v 1 2 反馈给i n t e l3 8 6 e x 的r e a d y # 引脚，来使i n t e l3 8 6 e x 对i n t e l 8 2 5 2 7 做出响应【1 2 】。 注意：在硬件连接中采用8 位非时分复用，芯片8 位的地址总线连至地址总 线的a 1 a 8 ，没有最低位a 0 ，故而访问a s 8 2 5 2 7 时，读出写入的都是一个字( 1 6 位) ，所以在程序设计中需要把a s 8 2 5 2 7 的内部寄存器地址乘2 ，这样才能正确的 访问其内部寄存器。具体电路图如图4 9 所示： 第四章系统硬件电路设计 2 9 图4 9c a n 控制器电路图 4 5 加强型串行通信控制模块设计 第二章功能分析中提到，为了在v c u 、t h m 和极控制保护单元间进行高效可 靠的通信，我们采取c a n 总线和h d l c 链路进行通信。因而系统中必须具有支持 h d l c 协议的通信控制器。 在晶闸管监控系统和传输控制系统中，采用相同的通信控制模块，其主要采 用s a b 8 2 5 3 2 芯片，该芯片是由西门子公司生产的双通道、全双工、支持多种通 信协议的可编程的加强型串行通信控制芯片。该芯片自身带有并串、串并转换功 能，可广泛应用于微控制器组成的多串口串行通信应用系统中。其内部集成了波 特率生成器、数字锁相环和晶体振荡器等可编程器件，因而可以大大较少对外围 电路的需要，提高了系统的可靠性，更适用于高速通信应用领域【1 3 】。由于它支持 h d l c 协议，因而满足系统设计要求。 s a b 8 2 5 3 2 有三种工作模式：h d l c 串行模式、异步串行模式以及面向字节的 串行模式。根据设计需要采用h d l c 串行模式。而在h d l c 串行模式下又有自动、 非自动、透明以及扩展透明模式四种工作方式。系统中使用透明模式1 这种工作 方式，在该方式下s a b 8 2 5 3 2 能够自动的处理信息传输和握手过程( h d l c 协议的 i 帧和s 帧) ，窗口尺寸为1 。s a b 8 2 5 3 2 具有一个1 6 个字节f i f o 缓冲器用于串行 3 0 高压直流阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的研制 通信中数据包的临时存储。由于它具有流水线工作方式，因此传输的最大报文长 度不受缓冲区大小的限制。此外它具有d m a 通道，这使得c p u 初始化s a b 8 2 5 3 2 之后不用参与数据传输，这样大大提高了效率。除此之外s a b 8 2 5 3 2 还有许多其 它特性，简单概括如下： 具有两个可全双工工作的通信通道； 可异步、同步串行通信； 支持面向字符的异步同步协议m o n o s y n c b i s y n c ； 符合面向比特的同步协议，如同步数据链路控制协议h d l c 和高级数据链路 控制协议s d l c ，包括s d l c 环； 支持c g c ( 循环冗余码) 校验。对h d l c s d l c 协议，支持c r c c c i t t 或 c r c 3 2 ( 接收发送的方向上都有c r c 校验) ；对b i s y n c 协议，支持c r c 1 6 或c r c c c i t t ( 仅在发送的方向上有c r c 校验) ； 通过冲突检测和冲突解决，支持总线配置； 最大数据率高达1 0 m 比特秒。 系统中s a b 8 2 5 3 2 采用p l c c 6 8 封装。下面对它的引脚、功能及其与i n t e l 3 8 6 e x 的连接做简单介绍： c s # ：片选信号，低电平有效。由于系统中只用了一片s a b 8 2 5 3 2 ，所以将这个 片选信号直接连接到i n t e l3 8 6 e x 的一个片选端c s 3 # 。 a 0 a 6 ：地址线，这七根地址线和系统的地址总线相连接，以选择控制器内 部的一个寄存器进行读写操作。由于s a b 8 2 5 3 2 上对字节操作，因此将这七根 地址线接到玳t e l3 8 6 e x 的b l e # 和a 1 a 6 。 d o d 1 5 ：数据线，这些双向的三态数据线和系统的数据总线相连接。它们的 配置取决于控制器的另一个引脚w i d t h 的电平：如果w i d t h = 0 ，选择的是 8 位总线模式，使能数据线d o d 7 ；如果w i d t h = 1 ，选择1 6 位总线模式， 使能数据线d o d 1 5 。原理图上确定w i d t h 接低电平，即只使用低位字节 d 0 d 7 。 p o p 7 ：8 位双向通用并行端口，每个引脚都可以独立的定义为输入或输出。 在系统用于使能c a n 接口芯片和4 8 5 接口芯片。 r d # d s # 和w r # r f w # ：读使能信号和写使能信号，分别接i n t e l3 8 6 e x 的读 写信号。 b h e # b l e # ：高位总线使能信号，在8 位总线模式下，此信号必须接地。 i n t i n t a # ：中断请求线和中断确认线，分别接i n t e l3 8 6 e x 的中断请求和中 断确认。 d a c k a f d a c k b 存：d m a 请求线，在不使用的情况下必须接地，在本系统中 没有用到d m a ，所以这两个信号接地。 第四章系统硬件电路设计 r x d a r x d b ：通道通道b 的接收数据线，在系统中接4 8 5 接口或光纤接口。 t x d a j t x d b ：通道通道b 的发送数据线，在系统中接4 8 5 接口或光纤接口。 x t a l l x t a l 2 ：晶振连接线，其中x t a l l 是外部时钟输入端，x t a l 2 是内部 振荡器的输出端。如果内部的晶振用于产生时钟脉冲，x t a l l 就必须接外部晶 振。系统中x t a l l 脚接一个1 2 2 8 8 m 的有源晶振。 a l e ：地址锁存使能，这个引脚的电平定义了总线接口模式：若为低，则是复 用的西门子英特尔总线接口；若为高，则是复用的摩托罗拉总线接口。这里选 择a l e 接低电平，即选择复用的西门子英特尔总线接口。 r e s ：复位信号，直接连接到复位芯片s p 7 0 5 的复位引脚上。 具体电路如下图所示： 图4 1 0 加强型串行通信控制器 4 6 系统外围接口模块电路设计 晶闸管监控系统和传输控制系统中都有许多的外围接口，具体如图4 1 1 所示， 只是在传输控制系统中多了光纤接口模块。 3 2 高压直流阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的研制 4 6 1c a n 接口电路设计 图4 1 1 系统接口框图 c a n 控制器接口用于提供c a n 协议控制器与物理总线之间的接口，系统中 的c a n 控制器接口芯片采用p h i l i p s 公司的p c a 8 2 c 2 5 0 接口芯片，它可以提供对 总线的差分发送能力和对c a n 控制器的差分接收能力。它具有以下特点： 完全符合“i s 0 1 1 8 9 8 ”标准； 高速率( 最高可达1 mb i t s ) ： 具有抗汽车环境中的瞬间干扰，保护总线的能力： 斜率控制，降低射频干扰( r f i ) ： 差分接收器，抗宽范围的共模干扰，抗电磁干扰( e m i ) ： 热保护； 防止电池和地之间发生短路； 低电流待机模式； 未上电的节点对总线无影响； 最多可连接1 1 0 个节点。 本系统设计采用s 0 8 封装的8 2 c 2 5 0 ，其具体引脚说明如下： t x d ：发送数据输入引脚，接c a n 控制器a s 8 2 5 2 7 的t x 0 脚： r x d ：接收数据输出引脚，接c a n 控制器a s 8 2 5 2 7 的t x 0 脚； v r e f ：参考电压输出引脚，接c a n 控制器a s 8 2 5 2 7 的r x l 脚： c a n l ：低电平c a n 电压输入输出引脚，提供差分信号； c a n h ：高电平c a n 电压输入输出引脚，提供差分信号； r s ： 斜率电阻输入引脚，通过该引脚可以允许器件选择三种不同的工作模式： 第四章系统硬件电路设计 高速、待机和斜率控制。当该引脚接地时，则8 2 c 2 5 0 工作在高速模式，当该 引脚接高电平时，则处于待机模式，若接斜率电阻则工作在斜率控制模式。本 系统中两个c a n 控制器接口芯片的r s 脚分别接到加强型串行通信控制器 e s c c 2 的p o 口和p 1 口，通过它来控制8 2 c 2 5 0 是处于高速模式，还是处于待 机模式。具体电路如下图所示： ，“?1。1一“?mt。_-+-_t9，”，“ =a 8 2 c 2 5 0 ； 誊塞g n dc c a 囊n h 藿o k _ , q t ni - h 卜 暑筹 匦互曰邈c 器e 匦 = c 4 a o l ：；兰i ；i ：；l ；垒墅璺主q ；i ；| i ；l ；i ；i 图4 1 2c a n 接口电路 4 6 2 光纤接口设计 光纤接口模块只在传输控制系统中有，而在晶闸管监控系统中并没有此模块， 主要用作加强型通信控制器的外围接口。它主要包括驱动电路、光纤发送接口芯 片和光纤接收接口芯片。 系统中采用m a x 6 2 6 c s a 作为驱动器，两个h f b r l 4 1 4 t 作为光纤发送接口， 四个h f b r 2 4 1 2 t 作为光纤接收接口。其中m a x 6 2 6 c s a 是一个场效应管驱动器， 作用是将输入的t t l 电平转换为高电压电流输出，然后通过光纤发送接口送出， 两个t t l 电平输入引脚所接信号为串行控制器s a b 8 2 5 3 2 的两个发送端的信号， 即将串行控制器发送引脚的信号送至光纤发送接口芯片h f b r l 4 1 4 t 。接收部分从 光纤接收接口芯片h f b r 2 4 1 2 t 接收到的四路信号送回至串行通信控制器，同时送 至7 4 0 4 反向后点亮指示灯。具体电路如下图所示： 高压直流阀控中晶闸管监控系统和传输控制系统的研制 4 6 3r s 4 8 5 接口设计 图4 1 3 光纤接口电路 由图4 1 4 所示，系统中加强型串行通信控制器和i n t e l3 8 6 e x 的串行接口都采 用了r s 4 8 5 接口，是因为r s 4 8 5 接口标准具有良好的抗噪声干扰性，传输距离长和 多站能力等优点，因此使其成为首选的串行接口。r s 4 8 5 作为现在常用的串口标 准，它具有以下特性： r s 4 8 5 的电气特性：逻辑“1 ”以两线间的电压差为+ ( 2 一) v 表示；逻辑 “0 ”以两线间的电压差为( 2 一) v 表示。接口信号电平比r s 2 3 2 c 降低 了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与t t l 电平兼容，可方便与 t t l 电路连接。 r s 4 8 5 的数据最高传输速率为10 m b p s 。 r s 4 8 5 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强， 即抗噪声干扰性好。 4 r s 4 8 5 接口的最大传输距离标准值为4 0 0 0 英尺，实际上可达3 0 0 0 米， 另外r s 2 3 2 c 接口在总线上只允许连接1 个收发器，即单站能力。而 r s 4 8 5 接口在总线上是允许连接多达1 2 8 个收发器。即具有多站能力，这样 用户可以利用单一的r s 4 8 5 接口方便地建立起网络。 系统中采用s i p e x 公司的s p 4 8 5 芯片，使用s o i c 封装。s p 4 8 5 不同于2 3 2 接 口，它是低功耗半双工的串行收发器，即同一时间只能作为接收器或发送器来工 作。下面对它的引脚、功能及其连接关系作简单介绍： r o ：接收器输出引脚，连至e s c c 2 的r x d l l 端或i n t e l3 8 6 e x 的r x d n 端。 第四章系统硬件电路设计 r e ：接收器输出使能，由e s c c 2 的p 口或i n t e l3 8 6 e x 的p 3 口控制。 d i ：驱动器输入端，连至e s c c 2 的t x d n 端或i n t e l3 8 6 e x 的t x d n 端 d e ：驱动器输出使能引脚，由e s c c 2 的p 口或i n t e l3 8 6 e x 的p 3 口控制。 a b ：差分信号输出输入引脚，连至外部串行总线。 具体电路如下图所示： = 二= ：二：二二三二：二二= ：? ：二= ，j 二二二j ：二：二二：二i | = = ：= ：二二二二二：。= = ：= 二 _ - _ 一一二o 一 一一p 一；一p 一一一： 图4 1 44 8 5 接口电路 4 6 4r s 2 3 2 串行接口设计 几乎所有的微控制器、p c 都提供串行接口，使用电子工业协会( e 认) 推荐 的r s 2 3 2 c 标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计 算机和终端通过电话线和m o d e m 进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控 制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不 再使用电话线和m o