專利名稱：一種基于mcu和fpga的電力電子控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大功率電力電子控制領域，尤其涉及一種可以在大功率電力電子 領域廣泛應用的控制系統，為一種基于MCU和FPGA的電力電子控制系統。
背景技術：
大功率電力電子技術是是實現高效節能的關鍵所在，也是智能電網發展的技術基 礎。隨著電力電子技術的發展，客觀上對電力電子裝置控制系統的實時性和魯棒性的要求 越來越高，也就對控制系統的設計和開發提出了很高的要求。目前大功率電力電子控制系 統的開發和設計都是針對具體應用，這樣設計出的控制系統不具有通用性。同時由于設計 工作需要耗費大量的人力和財力，這樣也造成了資源的浪費。數字化技術的發展，數字處理 器的廣泛應用為發展大功率電力電子控制系統提供很好的平臺。
發明內容本實用新型要解決的問題是需要具有通用性的電力電子控制系統，可以對大功 率電力電子領域的裝置實現可靠地通用化控制，更好地為智能電網提供技術保障。本實用新型的技術方案為一種基于MCU和FPGA的電力電子控制系統，包括主 系統模塊、開關電源模塊和信號調理模塊，主系統模塊中MCU芯片和FPGA芯片連接組成 MCU+FPGA的處理器結構，M⑶芯片外圍連接Flash芯片、ADC電路、CAN 口、編碼器接口、 RS232和RS485、SD/MMC卡、鐵電存儲器、數字輸出、數字輸入和光纖接口，主系統模塊還設 有電源模塊，電源模塊連接開關電源模塊，ADC電路連接信號調理模塊。Flash芯片和ADC電路通過數據地址總線與FPGA芯片和MCU芯片連接，SD/MMC卡 與MCU芯片的SPI通訊口相連接，鐵電存儲器與MCU芯片的12C接口相連。本實用新型采用MCU+FPGA的處理器架構，MCU芯片主要完成數據采集、檢測算法、 控制算法等功能，FPGA芯片負責PWM數據生成和輸出、開關量輸入輸出的管理與擴展等工 作。MCU與FPGA之間的數據交互式通過FPGA內建的雙口 RAM實現的。信號調理電路、數字 輸出、數字輸入、光纖接口可以根據實際使用需求通過接插件進行擴展。本實用新型的有益效果為MCU+FPGA的處理器架構可很好的滿足大功率電力電 子控制系統的實時性、可靠性的要求，所設外圍電路使本實用新型通用于大功率電力電子 領域，節約了專門設計控制系統的開發成本，加快了開發周期。豐富可擴充的模擬量輸入、 數字輸入輸出口和光纖接口能滿足大功率電力電子領域裝置的各種要求。

圖1是本實用新型電力電子控制系統的原理框圖。圖2是本實用新型的硬件結構圖。圖3(a)是本實用新型主系統模塊中電源模塊的原理圖。圖3(b)是本實用新型主系統模塊中MCU部分的原理圖。[0012]圖3(c)是本實用新型主系統模塊中外擴Flash芯片、鐵電存儲器和SD/MMC的原 理圖。圖3(d)是本實用新型主系統模塊中485的接口原理圖。圖3(e)是本實用新型主系統模塊中編碼器接口原理圖。圖4是本實用新型MCU和ADC芯片之間的接口電路圖。圖5是本實用新型數字量輸出部分的原理圖。圖6是本實用新型數字量輸入部分的原理圖。圖7是本實用新型光纖接口電路的原理圖。
具體實施方式
本實用新型整個裝置采用MCU+FPGA的雙處理器結構。MCU采用TI公司C2000系 列最新的高速浮點處理器TMS320C28346，FPGA采用ALTERA公司cyclone系列的EP3C40。 在數據采集上，3片6輸入16位的高速ADC芯片AD7656完全能夠滿足大功率電力電子裝置 控制的精度與實時性的要求。充足的模擬量通道數除了可以采集輸入輸出的模擬量，亦可 進行遠程DCS的控制。圖1是本實用新型控制系統的原理框圖，MCU芯片主要完成AD控制、測速、控制算 法、與遠程計算機或PLC通訊等功能，FPGA芯片負責PWM數據生成和輸出、光纖收發管理、 開關量輸入輸出的處理、MCU與FPGA之間數據緩沖等工作。圖2是本實用新型實施的硬件結構圖，其中包括包括主系統模塊、開關電源模塊 18和信號調理模塊3，主系統模塊中MCU芯片8和FPGA芯片9連接組成MCU+FPGA的處理器 結構，MCU芯片8外圍連接Flash 4,ADC電路5、CAN 口 6、編碼器接口 7、RS232和RS48510、 SD/MMC卡11、鐵電存儲器12、數字輸出13、數字輸入14和光纖接口 16，主系統模塊還設有 電源模塊17，電源模塊17連接開關電源模塊18，ADC電路5連接信號調理模塊3。Flash 4 和ADC電路5通過數據地址總線15與FPGA芯片9和M⑶芯片8連接，SD/MMC卡11與MCU 芯片8的SPI通訊口相連接，鐵電存儲器12與MCU芯片8的I2C接口相連。本實用新型 MCU芯片8優選TMS320C28346芯片，FPGA芯片9為EP3C40芯片。信號調理電路3、數字輸 出13、數字輸入14、光纖接口 16可以根據實際使用需求通過接插件進行擴展。如圖3 (a)、圖 3 (b)、圖 3 (c)、圖 3 (d)、圖 3 (e)所示，MCU 芯片 TMS320C28346 通過數 據地址總線15的數據總線A19-A0和地址總線D15-D0與外部Flash芯片SST39VF1601相 連；通過SPI-A與SD/MMC卡相連；通過I2C-A與鐵電存儲芯片FMMCL64相連；通過SCI-A 與485接口電路相連接；通過EQEPA模塊與編碼器接口相連。其中外部Flash芯片用于MCU 程序和數據的存儲，SD/MMC卡用于運行數據的記錄和監測，鐵電存儲芯片用于重用裝置重 要整定值的存儲，485接口用于工業現場的遠程監控，編碼器接口用于測量電機的轉速以便 用于控制算法。圖4所示為ADC芯片AD7656與TMS320C28346的接口電路，為了便于3片ADC芯 片的連接和數據的處理，采樣脈沖CONVSTA、CONVSTB, C0NVSTC和片選信號CS通過EP3C40 處理后進行連接。圖5、圖6、圖7所示的分別為數字量輸出、數字量輸入和光纖接口電路。它們與 EP3C40相連，可以根據實際需要通過接插件進行擴展使用。
權利要求1.一種基于MCU和FPGA的電力電子控制系統，其特征是包括主系統模塊、開關電源 模塊(18)和信號調理模塊(3)，主系統模塊中MCU芯片⑶和FPGA芯片(9)連接組成 MCU+FPGA的處理器結構，MCU芯片(8)外圍連接Flash芯片(4)、ADC電路(5)、CAN 口 (6)、 編碼器接口(7)、RS232和RS485(10)、SD/MMC卡(11)、鐵電存儲器(12)、數字輸出(13)、數 字輸入(14)和光纖接口(16)，主系統模塊還設有電源模塊(17)，電源模塊(17)連接開關 電源模塊(18)，ADC電路(5)連接信號調理模塊(3)。
2.根據權利要求1所述的一種基于MCU和FPGA的電力電子控制系統，其特征是Flash 芯片(4)和ADC電路(5)通過數據地址總線(15)與FPGA芯片(9)和MCU芯片⑶連接， SD/MMC卡(11)與MCU芯片(8)的SPI通訊口相連接，鐵電存儲器(12)與MCU芯片(8)的 I2C接口相連。
專利摘要一種基于MCU和FPGA的電力電子控制系統，包括主系統模塊、開關電源模塊和信號調理模塊，主系統模塊中MCU芯片和FPGA芯片連接組成MCU+FPGA的處理器結構，MCU芯片外圍連接Flash芯片、ADC電路、CAN口、編碼器接口、RS232和RS485、SD/MMC卡、鐵電存儲器、數字輸出、數字輸入和光纖接口，主系統模塊還設有電源模塊，電源模塊連接開關電源模塊，ADC電路連接信號調理模塊。本實用新型控制系統具有高速的計算能力、較好的擴展性和可靠性，并廣泛適用于大功率電力電子領域。
文檔編號G05B19/05GK201886332SQ20102064845
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者于鵬, 倪喜軍, 季振東, 趙劍鋒 申請人:東南大學