中英文文献翻译-高性能PWM调制器和单片机之间数据交换的方法

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 1 页 共 8 页 高性能 PWM 调制器和单片机之间数据交换的方法The Method of Data Exchange between High Performance PWM Modulator and MCUDybko Maxim, IEEE会员, Alexander G. Volkov, IEEE会员, Denis V. Makarov, IEEE会员新西伯利亚国立技术大学，工业电子，新西伯利亚，俄罗斯摘要介绍了串行外设接口（SPI）单片机和具有混合数字控制系统的 FPGA，该系统能作为增加开关频率的高功率转换器。FPGA 的 SPI 实现的详细说明包括 CRC 处理。该接口可用于数字控制系统,该系统一个复杂的模块化结构和较高的开关频率的功率转换器。索引词SPI, FPGA, 功率变换器。一. 简介由于不断增长的数字控制需求，目前设计的基于单片机的控制系统越来越复杂。这一事实，尤其是在高功率的发展是有意义的（与额定功率超过 30kW）包含工作在高开关频率的功率转换器电源系统（几十到几百千赫） 。提高开关频率是一个优化功率转换系统的无源元件的尺寸和成本最合理的方式。在某些情况下，作为一个结果，系统的结构完全被分区。最常用的方法之一，是在一个模块化的结构中实现并行转换器操作，以提高转换器的额定功率。通常情况下，不同的方法来实现单模块的并行操作导致并发症的数字控制系统的定性和定量分析。特别是，增加的功率开关使各自的离散控制信号增加。此外，开关频率的增加导致更严格的要求，对模数转换（ADC） 。最后，大大扩展控制算法计算控制信号和紧急情况下的时间减少。顺序执行在实现在微控制器的控制算法的数学和逻辑运算为基础的系统成为可中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 2 页 共 8 页 能，只接受系统的功能有一定的局限性，反过来，它的容错性。在这种情况下，即使大盒的单片机外围设备可能无法提供所有需要的功能完整的实现。因此，使用的数字混合控制系统基于单片机和现场可编程门阵列芯片（FPGA）为我们提供了一个新的和更由于数字信号处理速度较高的有效控制。FPGA 和单片机的合作可以通过几种不同的方式提供。一个简单的方法具有所需的接口数据传输的速度和可靠性是串行外设接口（SPI） 。本文提出了一个这样的高速数据传输接口的微控制器和 FPGA 之间的可能的实现。的接口描述的重点是 FPGA 侧 SPI 是许多微控制器的一个完整的外围组件。二. 单片机端在单片机端集成 SPI 模块设置为基础的生成和使用的循环冗余码校验的硬件可能的最大带宽的全双工模式（CRC）和直接存储器存取（DMA）使中央处理单元使用。要发送的数据，FPGA 的产生取决于计算过程的结构。数据接收和发送是由一个单一的命令由于全双工模式与 DMA 单元同时进行。应该指出的是，数据交换与 FPGA 的过程不影响高优先级的控制算法的功能。二. FPGA 侧FPGA 的 SPI 模块工作在从模式侧。这意味着，SCK，MoSi2 和 CS 信号成为输入的，和 MISO 信号成为一个输出。实现 SPI 包含以下部分：噪声抑制，接收/发送器，输入数据和 CRC 检查 CRC 发生器。噪声抑制模块用于从噪声中分离出来的数据和时钟信号。该模块实现了一个标准的众所周知的降噪算法跟踪所有的输入信号在几个内部时钟信号（int_clk） 。一个无噪声的信号，如果输入一个高高在指定数量的 int_clk 时钟和反之亦然。在其他情况下，无噪声信号不改变。请注意，该降噪算法产生一个等于指定数量的int_clk 时间延迟。接收/发送器是主要的 SPI 模块。虽然接收机和发射机部分操作上相互独立，它们是由相同的 SPI 信号控制，SCK，CS 和 int_clk。接收是描绘在图 2。单片机通过中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 3 页 共 8 页 端口发送数据到 FPGA 器件。每个数据位是由负 SCK 边 FPGA 记录以积极的 SCK 的边缘。数据是一组六个 16 位字，一个字是 CRC 校验发送。每一个字都保存到指定的寄存器的 RG。所有的移位寄存器的时钟使能端口。接收器开关之间的寄存器由解码器的直流电，由计数器控制。反过来，计数器，时钟由 SCK 时钟分频器的分因子 16。因此，每一移位寄存器得到的 16 位数据，然后切换到下一个注册的解码器。计数器的时钟分频器也异步清零和计数使能分别连接低电平芯片选择信号输入（CS）和它的逆的分别，如图 2 所示。所有接收寄存器，另外有 16 位锁存器。图 1.在 FPGA 的 SPI 实现框图中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 4 页 共 8 页 图 2.SPI 接收图 3. SPI 发送器这些锁存器防止在数据传输过程中变化的信息。这意味着，所有接收到的数据更新的主要完成后的转移过程和 CRC 校验。发送器实现同样的接收器，如图 3 所示。信息被发送到微控制器是保存在一个临时的 D 型寄存器中的数据集之间的停顿。然后所有数据字被发送到发送移位寄存器设置他们的 D 输出负 SCK 时钟边沿。所有的寄存器的输出连接到多路复用器是由另一个柜台小姐和 SCK 时钟分频器的操作以类似的方式为接收部分的控制。发送器还包括服务模块调用的产生，使数据加载到临时缓冲区控制信号 data_controller，数据加载到发送寄存器和清除所有缓存。该模块由比较器连接到柜台，反过来，是由 CS 和 int_clk 信号。四CRC 算法中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 5 页 共 8 页 为了检测损伤时的通信传输数据通过噪声信道的错误检测方法（误差引入）的设计。为此，发射器产生一个数，称为一个校验和，这是消息的功能，并将其添加到这个职位。接收器，使用相同的算法，计算出的校验和收到的消息并将其与传播价值。CRC（循环冗余码）-计算消息的校验算法，基于多项式算法。CRC 算法的基本思想是在大型二进制数的形式存在的信息，将它用一个固定的二进制数，并使用本部门的校验和。收到短信后，接收器必须执行相同的划分结果与接收到的校验值比较。消息应该是有效的，当这种平等是满意的。在本文中，我们使用的 CRC 校验，十六进制表示一个值 0x8005 多项式，或 1 1000 0000 0000 0101 元（通常是最重要的一点是不计算在内） 。除了多项式的程度应选择 CRC 寄存器和组合 XOR 的寄存器的最终含量值的初始值。对于寄存器的初始化一个更好的选择是价值 FFFFH（或 1111 1111 1111 1111 二进制格式） ，它提供的能力来检测零字节。在这种情况下，应使用的寄存器的初始值是相等的值，这是由于微处理器的体系结构。因此，该寄存器的初始值将被组合以异或与值。本文将考虑两块计算 CRC：CRC 检查;CRC发生器。图 4.CRC 校验模块框图中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 6 页 共 8 页 图 5.CRC 发生器模块框图这些块的结构相似，但有不同的功能。CRC 校验计算校验和，并将其与一个，这是从控制器接收的。此外，如果 CRC 是有效的，它将输入数据。如果校验和不匹配，无数据传输。计算 CRC 校验块算法：1.在 CRC 值存储寄存器的初始值；2.从多路复用器 MUX1 数据提供给单元异或异或运算，产生；3.此外，数据输入电路中，有一个字一个 CRC 计算数据。与该寄存器的内容，操作执行逻辑左移一位，其执行块移位；4.平行于前一段是由块 MSB 检查检查的最重要的位。如果最重要的一点是等于1，寄存器数据组合 XOR 多项式。如果点是什么 0，异或是不满意的，是进行逻辑移位；5.当第一个数据字将被处理，通过多路复用器的下一个数据字会收到。异或操作执行的同名词块上计算校验和；6.然后这个值来计算 CRC 电路，和操作 3 和 4 将重复。当最后的校验和计算，将它与华润相比（crc_r） ，从单片机接收。如果它们匹配，将数据传。图 4 块图的形式描述的算法。其结构中的 CRC 发生器模块到模块 CRC 校验相同，但正如上面提到的，有不同的功能。它是根据从 FPGA 传输到单片机数据计算校验和。由此产生的校验和数据本身被发送到接收器/发射器模块，进行转移。CRC 发生器模块如图 5 所示。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻 译第 7 页 共 8 页 五结论串行外设接口（SPI）实现单片机和现场可编程门阵列在混合数字控制系统具有增加开关频率的高功率转换器之间的建议。现场可编程门阵列的串行外设接口的实现，详细地描述了包括 CRC 处理。它被批准，该接口可用于数字控制系统为一个复杂的模块化结构和较高的开关频率的功率转换器。在图.6 中提出了混合动力系统的数字控制。图 6.数字控制的混合动力系统中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 外 文 翻