專利名稱：一種應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)變流領(lǐng)域，具體是一種應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)國(guó)內(nèi)工業(yè)變流領(lǐng)域的通信設(shè)備以為應(yīng)用國(guó)外品牌為主，市場(chǎng)占有率最大的是profibus。我國(guó)無(wú)相應(yīng)的國(guó)產(chǎn)高端產(chǎn)品，特別在總線通信的技術(shù)研發(fā)及工程應(yīng)用上，性能受到嚴(yán)重束縛。例如1)通信速度不夠快，一般實(shí)際應(yīng)用中的最小周期都在IOmS以上， ImS的周期要求就滿足不了 ；2)通信周期不能便利的進(jìn)行事先規(guī)劃，例如profibus每增加一個(gè)通信端口周期便會(huì)延長(zhǎng)一個(gè)不能精確確定的時(shí)間，周期時(shí)間只能在將所有通信數(shù)據(jù)添加進(jìn)系統(tǒng)以后才能進(jìn)行估算和測(cè)量；3)部分產(chǎn)品不能直接實(shí)現(xiàn)從_從通信，必須通過(guò)主站中轉(zhuǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，解決目前工業(yè)變流領(lǐng)域的總線通信設(shè)備通信速度不夠快、通信周期不可準(zhǔn)確規(guī)劃、部分產(chǎn)品不能直接實(shí)現(xiàn)從_從通信，必須通過(guò)主站中轉(zhuǎn)的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，板內(nèi)包括RS232接口電路、MCU最小系統(tǒng)、DPRAM及其外圍電路、CPLD芯片及其外圍電路、背板連接器、板級(jí)電源及其配置電路、專用MVB通信協(xié)議芯片及其外圍電路， RS232接口電路與MCU最小系統(tǒng)連接進(jìn)行串口通信，板級(jí)電源及其配置電路為MCU最小系統(tǒng)提供上電順序以及工作初始狀態(tài)，MCU最小系統(tǒng)通過(guò)控制總線和CPLD芯片連接，DPRAM與背板連接器雙向連接，DPRAM與專用MVB通信協(xié)議芯片、專用MVB通信協(xié)議芯片外圍電路中的SRAM存儲(chǔ)芯片連接，SRAM存儲(chǔ)芯片與專用MVB通信協(xié)議芯片連接，DPRAM與CPLD芯片之間、CPLD芯片與專用MVB通信協(xié)議芯片之間雙向通信，電接口電路包括六片緩沖芯片、六片光耦隔離芯片、兩片總線收發(fā)芯片和兩個(gè)MVB接口，專用MVB通信協(xié)議芯片與六片緩沖芯片連接，六片緩沖芯片分別與六片光耦隔離芯片連接，六片光耦隔離芯片分成兩組，每組三片，每組光耦隔離芯片分別與一片總線收發(fā)芯片連接，總線收發(fā)芯片與MVB接口雙向連接。所述MCU最小系統(tǒng)為MC9S12XEP100芯片。所述MCU最小系統(tǒng)的內(nèi)核電源、鎖相環(huán)電源和內(nèi)部FLASH模塊電源由 MC9S12XEP100芯片內(nèi)部的線性穩(wěn)壓器提供，內(nèi)核電源和內(nèi)部FLASH模塊電源為1. 84V，鎖相環(huán)電源為2. 82V，所述MCU最小系統(tǒng)的模擬輸入電源為5V。所述板級(jí)電源為L(zhǎng)M2853電源，為MCU最小系統(tǒng)提供3. 3V輸入輸出電源。所述CPLD芯片型號(hào)為EPM1270。所述電接口電路物理通道采用MVB規(guī)范中的電氣短距離介質(zhì)。設(shè)置了所述MCU最小系統(tǒng)的配置電路，配置電路采用74LVC244APW芯片。所述CPLD芯片采用33MHz的有源時(shí)鐘。[0012]所述MVB接口包括MVBC控制芯片、地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器和MVB通信存儲(chǔ)器，地址緩沖器和數(shù)據(jù)緩沖器接入MVBC控制芯片，MVB通信存儲(chǔ)器與MVBC控制芯片雙向連接，數(shù)據(jù)緩沖器與MVB通信存儲(chǔ)器雙向連接。所述DPRAM與背板連接器之間、CPLD芯片與專用MVB通信協(xié)議芯片之間接有緩沖
ο本實(shí)用新型通信板的作用是將MVB這一列車專用通信總線應(yīng)用到了工業(yè)變流領(lǐng)域的通信設(shè)備上，其上配置了 RS232接口，用于上位機(jī)與通信板中MCU最小系統(tǒng)通信，其功能為單板調(diào)試，配置文件下載等，板級(jí)電源除了為整板供電還進(jìn)行了 MCU最小系統(tǒng)的上電順序的電路設(shè)計(jì)，MCU最小系統(tǒng)用于整板通信控制以及MVB數(shù)據(jù)與總線數(shù)據(jù)間的搬運(yùn)轉(zhuǎn)換， CPLD芯片用于MCU最小系統(tǒng)與專用MVB通信協(xié)議芯片的芯片狀態(tài)配置與控制功能拓展， MVBC02擁有其專用的SRAM存儲(chǔ)芯片(TM)，用于MVB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及MVBC02與MCU最小系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，DPRAM運(yùn)用在與母板總線通信的連接器接口部分，將DPRAM的雙向高速存儲(chǔ)能力應(yīng)用于通信板與外部母板間總線通信上，使得該通信板具有訪問(wèn)簡(jiǎn)單，易操作等優(yōu)點(diǎn)ο本實(shí)用新型能滿足大部分工業(yè)變流現(xiàn)場(chǎng)的需求，通信速度較快、通信周期可較準(zhǔn)確地規(guī)劃、直接實(shí)現(xiàn)了從_從通信，具有良好的實(shí)時(shí)性和可靠性。

圖1為本實(shí)用新型裝置一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例板級(jí)電源部分電路圖；圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例MCU最小系統(tǒng)配置電路；圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例CPLD系統(tǒng)33MHz有源時(shí)鐘電路圖；圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例CPLD系統(tǒng)的JTAG下載電路圖；圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例MVB子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例電接口電路物理通道框圖；圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例電接口電路物理通道電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)介紹。參見圖1，應(yīng)用于工業(yè)變流的通信板，板內(nèi)包括RS232接口電路、MCU最小系統(tǒng)、 DPRAM及其外圍電路、CPLD芯片及其外圍電路、背板連接器、板級(jí)電源及其配置電路、專用 MVB通信協(xié)議芯片及其外圍電路，RS232接口電路與MCU最小系統(tǒng)連接進(jìn)行串口通信，板級(jí)電源及其配置電路為MCU最小系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的上電順序以及正確的工作初始狀態(tài)，MCU最小系統(tǒng)通過(guò)控制總線和CPLD芯片連接，DPRAM通過(guò)總線和第一個(gè)緩沖器連接，第一個(gè)緩沖器通過(guò)總線與靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和專用MVB通信協(xié)議芯片連接，DPRAM與第二個(gè)緩沖器雙向連接，第二個(gè)緩沖器與背板連接器雙向連接，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器與專用MVB通信協(xié)議芯片通過(guò)總線連接，DPRAM與CPLD芯片之間、CPLD芯片與第一個(gè)緩沖器之間以及第一個(gè)緩沖器與專用MVB通信協(xié)議芯片之間雙向通信，電接口電路包括六片緩沖芯片、六片光耦隔離芯片、 兩片總線收發(fā)芯片和兩個(gè)MVB接口，專用MVB通信協(xié)議芯片與六片緩沖芯片連接，六片緩沖芯片分別與六片光耦隔離芯片連接，六片光耦隔離芯片分成兩組，每組三片，每組光耦隔離芯片分別與一片總線收發(fā)芯片連接，總線收發(fā)芯片與MVB接口雙向連接。參見圖2，圖中的VDDR為MCU最小系統(tǒng)內(nèi)部LDO的輸入管腳，輸入電壓范圍為 3. 13-5. 5V，這里接單板3. 3V電源VDD33 ；VDD為MC9S12XEP100CAG的內(nèi)核電源，可由芯片外部提供也可由芯片內(nèi)部電源模塊的LDO提供，本設(shè)計(jì)是由芯片內(nèi)部的LDO提供，工作的電壓典型值為1. 84V, VDD外部接220nF的X7R陶瓷電容提高電源的穩(wěn)定性；VDDPLL(典型值為 2. 82V)和VDDF(典型值為1. 84V)分別為MCU最小系統(tǒng)的鎖相環(huán)電源和內(nèi)部FLASH模塊電源，他們和VDD —樣即可由芯片外部提供也可由芯片內(nèi)部電源模塊的LD0，這里都是由芯片內(nèi)部的LDO提供，外部接的220nF電容也是為提高內(nèi)部電源的穩(wěn)定性；VDDAl為芯片模擬輸入的電源，采用5V供電，為提高電源的精度同時(shí)減小模擬電源對(duì)VCC的干擾在VCC和VDDAl 之間使用了一個(gè)小的η型濾波電路，其中IOuH電感的通流量為0.2Α。另外模擬輸入的參考電平VRH通過(guò)一個(gè)磁珠接VDDAl，VRL通過(guò)0歐姆電阻接地；VDDX1-VDDX4為M⑶最小系統(tǒng)的IO電源，這里接VDD33(由芯片外部的板級(jí)電源LM2853提供)并且在每個(gè)電源管腳接一個(gè)0. IuF和一個(gè)InF的去藕電容，另外為提高M(jìn)CU最小系統(tǒng)的ESD防護(hù)性能，在VDDAl和 VDDX之間加了二極管D10，保證在上電/下電期間VDDX的電壓在任何時(shí)候都不會(huì)比VDDAl 高出超過(guò)D6的正向?qū)妷?。另外?duì)于單板上的模擬地和數(shù)字信號(hào)地將采用共地的模式， 統(tǒng)一接信號(hào)地。板上MCU最小系統(tǒng)采用FreeScale公司的MC9S12XEP100CAG，16位數(shù)據(jù)線、23位地址線?？紤]到總線到部分外設(shè)的走線會(huì)比較的長(zhǎng)，所以總線上串接了 33歐姆的匹配電阻。 MCU最小系統(tǒng)的片上外設(shè)資源包括8個(gè)SCI通信接口、4個(gè)CAN2. 0通信接口、2個(gè)I2C接口、 24路模擬輸入、lMflash、64K SRAM等等。在本單板的應(yīng)用中除了片上FLASH和SRAM，其它主要使用到1個(gè)SCI接口，用于RS232通信。為保證MCU最小系統(tǒng)在上電復(fù)位后能工作在需要的模式下，所以設(shè)置配置電路(見附圖3)。CPLD系統(tǒng)采用ALTERA的EPM1270T144I5N。其33MHz的有源時(shí)鐘如圖4所示，CPLD 的JTAG下載電路如5所示。MVB子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，其中標(biāo)記1處為地址緩沖器，標(biāo)記2處為數(shù)據(jù)緩沖器，標(biāo)記3處為MVB通信存儲(chǔ)器。電接口通道部分采用MVB規(guī)范中的電氣短距離介質(zhì)，其物理通道框圖如圖7所示， 每一部分的功能簡(jiǎn)述如下1. MVBC02芯片為MVB總線通信專用芯片，功能為MVB協(xié)議處理。通過(guò)MVBC02接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)MVB專用物理層電路轉(zhuǎn)換為MVB標(biāo)準(zhǔn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳遞到MVB總線上。2.根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，會(huì)應(yīng)用不同的物理通道接口電路。ESD介質(zhì)通信接口電路框圖中緩沖芯片的作用是電平轉(zhuǎn)換將MVBC02芯片的3. 3V電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為接口電路需要的5V電平信號(hào)。3.光耦芯片的作用是將ESD總線部分信號(hào)和板內(nèi)信號(hào)相隔離(輸入輸出間信號(hào)相隔離)，起到了很好的抗干擾作用(防止總線上設(shè)備間相互干擾)，因?yàn)楣怦畋旧砹己玫碾娊^緣能力以及很強(qiáng)的共模抑制能力使得插件本身的電磁兼容能力大大加強(qiáng)。4.總線收發(fā)芯片的作用為單端信號(hào)和差分信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。5.隔離電源應(yīng)用在光耦與MVB接口之間的電路供電上，由于通過(guò)光耦后的ESD接口電路為隔離信號(hào)，所以其電源和地均要與插件其他電路的電源地相隔離，這時(shí)就需要應(yīng)用DC-DC轉(zhuǎn)換隔離電源對(duì)其進(jìn)行供電。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC-61375-1規(guī)定，整個(gè)ESD接口電路為兩套相同電路的冗余設(shè)計(jì)。ESD 通信中需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)即所謂的A/B線通信，其作用是當(dāng)一條物理通道或總線發(fā)生故障時(shí)，可以切換到另一條備用總線上進(jìn)行MVB通信，保證其運(yùn)行過(guò)程中的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和可靠性。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，板內(nèi)包括RS232接口電路、MCU最小系統(tǒng)、 DPRAM及其外圍電路、CPLD芯片及其外圍電路、背板連接器、板級(jí)電源及其配置電路、專用 MVB通信協(xié)議芯片及其外圍電路，其特征在于，RS232接口電路與MCU最小系統(tǒng)連接，板級(jí)電源及其配置電路為MCU最小系統(tǒng)提供上電順序以及工作初始狀態(tài)，MCU最小系統(tǒng)通過(guò)控制總線和CPLD芯片連接，DPRAM與背板連接器雙向連接，DPRAM與專用MVB通信協(xié)議芯片、專用MVB通信協(xié)議芯片外圍電路中的SRAM存儲(chǔ)芯片連接，SRAM存儲(chǔ)芯片與專用MVB通信協(xié)議芯片連接，DPRAM與CPLD芯片之間、CPLD芯片與專用MVB通信協(xié)議芯片之間雙向通信，電接口電路包括六片緩沖芯片、六片光耦隔離芯片、兩片總線收發(fā)芯片和兩個(gè)MVB接口，專用 MVB通信協(xié)議芯片與六片緩沖芯片連接，六片緩沖芯片分別與六片光耦隔離芯片連接，六片光耦隔離芯片分成兩組，每組三片，每組光耦隔離芯片分別與一片總線收發(fā)芯片連接，總線收發(fā)芯片與MVB接口雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述MCU最小系統(tǒng)為MC9S12XEP100芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述MCU最小系統(tǒng)的內(nèi)核電源、鎖相環(huán)電源和內(nèi)部FLASH模塊電源由MC9S12XEP100芯片內(nèi)部的線性穩(wěn)壓器提供，內(nèi)核電源和內(nèi)部FLASH模塊電源為1. 84V，鎖相環(huán)電源為2. 82V，所述MCU最小系統(tǒng)的模擬輸入電源為5V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述板級(jí)電源為L(zhǎng)M2853電源，為MCU最小系統(tǒng)提供3. 3V輸入輸出電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述CPLD芯片型號(hào)為EPM1270。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述電接口電路物理通道采用MVB規(guī)范中的電氣短距離介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，設(shè)置了所述 MCU最小系統(tǒng)的配置電路，配置電路采用74LVC244APW芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述 CPLD芯片采用33MHz的有源時(shí)鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述MVB接口包括MVBC控制芯片、地址緩沖器、數(shù)據(jù)緩沖器和MVB通信存儲(chǔ)器，地址緩沖器和數(shù)據(jù)緩沖器接入MVBC控制芯片，MVB通信存儲(chǔ)器與MVBC控制芯片雙向連接，數(shù)據(jù)緩沖器與MVB通信存儲(chǔ)器雙向連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，其特征在于，所述DPRAM 與背板連接器之間、CPLD芯片與專用MVB通信協(xié)議芯片之間接有緩沖器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于工業(yè)變流的電接口通信板，整個(gè)通信板的作用是將MVB這一列車專用通信總線應(yīng)用到了工業(yè)變流領(lǐng)域的通信設(shè)備上，其上配置了RS232接口，用于上位機(jī)與通信板中MCU最小系統(tǒng)通信，板級(jí)電源除了為整板供電還進(jìn)行了MCU最小系統(tǒng)的上電順序的電路設(shè)計(jì)，MCU最小系統(tǒng)用于整板通信控制以及MVB數(shù)據(jù)與總線數(shù)據(jù)間的搬運(yùn)轉(zhuǎn)換，CPLD芯片用于MCU最小系統(tǒng)與專用MVB通信協(xié)議芯片的芯片狀態(tài)配置與控制功能拓展，MVBC02擁有其專用的SRAM存儲(chǔ)芯片，用于MVB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及MVBC02與MCU最小系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，DPRAM運(yùn)用在與母板總線通信的連接器接口部分，將DPRAM的雙向高速存儲(chǔ)能力應(yīng)用于通信板與外部母板間總線通信上，使得該通信板具有訪問(wèn)簡(jiǎn)單，易操作等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03K19/0175GK202190263SQ201120318340
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者汪文心, 王強(qiáng), 羅林, 袁智巧, 谷豐, 賀盛文, 陳小玄 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司