基于FPGA技术的多种外设信号一体化控制箱的制作方法

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及信号控制和处理技术领域。

背景技术：

多种外设信号的一体化控制箱是能够完成输入输出数量特别多、且信号类别不同外设信号处理控制的通用化电子设备，其关键技术是通过在线编程控制的微型单片机与fpga技术相结合，能够适应批量化的多种外设信号的处理控制。在某型xxx控制系统研发过程中涉及不同类型的武器控制系统，需要处理的近150路外部输入输出信号，且既有i/o信号，又有ad/da信号；既有27v信号，又有5v/3v信号；因信号数量多、种类多，电平不一，不同控制系统的不同种类信号处理与控制进行实现完全的通用化、一体化是比较困难。针对不同的控制系统外设信号的差异化情况，必须实现外设信号统一处理控制，才能使系统的研制调试、技术保障简单化、快捷化。因此在满足外设信号隔离处理、安装空间小的要求下，如何保证系统又好又快、通用化、模块化、微型化地实现是不同武器控制系统的不同外设信号一体化设计是研发过程中难题。

目前，国内外市场上通用的外设信号控制器（板）由于处理信号种类单一、信号隔离控制数量有限，某种单一外设信号控制器（板）不能满足实际武器系统要求的情况下。虽然通过不同外设信号控制器（板）进行级联可以达到目的，但将导致系统实时反应时间延长、控制可靠性下降、控制关系复杂、后期维修保障困难等不利因素。

技术实现要素：

为了解决现有外设信号控制器存在的上述问题，本发明提供了一种基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱，控制机箱内部安装信号处理单板和航空电连接器，航空电连接器通过信号电缆连接信号处理单板的db连接器，信号处理单板包括微型计算机mcu模块、fpga模块、信号隔离模块、ad/da采集处理模块、外部io接口模块、io选择控制模块、看门狗模块、电源配制模块和db连接器，fpga模块、ad/da采集处理模块、看门狗模块和电源配制模块连接微型计算机mcu模块，fpga模块通过信号隔离模块连接外部io接口模块，外部io接口模块连接db连接器，fpga模块连接io选择控制模块；ad/da采集处理模块连接db连接器。

所述微型计算机mcu模块连接双串口通讯冗余模块，双串口通讯冗余模块连接db连接器。

所述微型计算机mcu模块为高速ispflash微控制器。

所述每个航空电连接器在选型上具有唯一性。

本发明的基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱，解决了不同类型武器控制系统输入输出信号数量大、种类多的不同外设信号处理与控制无法集中通用化、一体化设计处理难题，确保了不同类型武器控制系统数量大、种类多的外设信号处理控制的通用化，显著提高了系统运行效率、技术保障能力。

附图说明

图1是本发明基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱主视剖面结构图。

图2是本发明基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱面板结构图。

图3是本发明基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱信号处理单板原理图。

图4是本发明基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱信号处理单板结构图。

图中：1、控制机箱，2、信号处理单板，3、航空电连接器，4、信号电缆，5、微型计算机mcu模块，6、fpga模块，7、信号隔离模块，8、双串口通讯冗余模块，9、ad/da采集处理模块，10、外部io接口模块，11、io选择控制模块，12、看门狗模块，13、电源配制模块，14、db连接器。

具体实施方式

本发明的基于fpga技术的多种外设信号一体化控制箱结构如图1和图2所示，主要由控制机箱1、信号处理单板2、航空电连接器3、信号db连接器14、信号电缆4组成，控制机箱1主要用于信号处理单板2、航空电连接器3等安装固定。信号电缆4将外设信号、通讯通过航空电连接器3与信号处理单板2上信号db连接器14的连接，信号处理单板2是该控制箱运行控制的核心，完成程序执行、通讯、信号处理控制与算法运行。航空电连接器3用于外设信号输入输出、上位机的通讯连接，每个航空电连接器3在设计选型上具有唯一性，防止使用过程中连接错误。

图3和图4所示的信号处理单板2主要由微型计算机mcu模块5、fpga模块6、信号隔离模块7、双串口通讯冗余模块8、ad/da采集处理模块9、外部io接口模块10、io选择控制模块11、看门狗模块12、电源模块13与信号db连接器14组成，fpga模块6、ad/da采集处理模块9、看门狗模块12和电源配制模块13连接微型计算机mcu模块5，fpga模块6通过信号隔离模块7连接外部io接口模块10，外部io接口模块连接db连接器14，fpga模块6连接io选择控制模块11；ad/da采集处理模块9连接db连接器14，微型计算机mcu模块5连接双串口通讯冗余模块8，双串口通讯冗余模块8连接db连接器14。微型计算机mcu模块5是控制箱的核心，根据信号处理控制要求，完成监控程序的执行、io处理与控制、数据采集处理、算法、通讯等任务，进行非浸入式、全速、在线系统调试与执行程序下载，所有外设信号可进行全功能运行调试，采用高速ispflash微控制器实现在线编程与程序下载。fpga模块6采用大容量fpga及dsp阵列信号处理技术，要以灵活配置系统，功能扩展方便，提高了实时处理能力和可靠性，通过在线编程，实现电路总线、译码、驱动、选择等功能设计，完成信号处理综合与仿真，执行程序下载，采用大容量fpga及dsp阵列等先进的信号处理技术，利于系统灵活配置，方便功能扩展，提高了实时处理能力。双串口通讯冗余模块8通过双串口模式，采用热备份方式，用于控制箱与上位机系统的通讯控制，确保控制箱与上位机通讯的高可靠性。看门狗模块12通过硬件“看门狗”技术，再加上软件配合实现程序“跑飞”后进行自启动而程序不死机，提高控制箱的抗干扰性能。ad/da采集处理模块9主要完成ad信号的采样、保持与处理，da信号的转换与驱动放大等任务。电源模块13主要根据各模块的电源要求提供信号处理单板5各模块所需要的各种工作电源、基准电源。外部io接口模块主要用于控制系统外设信号处理与控制；io选择控制模块主要匹配不同控制系统输入或输出数量的需求要求；信号隔离模块7、外部io接口模块10、io选择控制模块11与信号db连接器14主要用外设信号的io输入输出信号隔离、电平匹配、外设io属性选择、信号的连接，用于外设io信号与mcu模块间信号的信号隔离处理，保证外部大电流信号与mcu模块信号的完全隔离，提高控制箱硬件抗干扰能力，同时软件设计时采用滤波等措施来提高控制箱的抗干扰性，防止外部信号干扰，保证控制箱运行的高稳定性与可靠性；采用防差错db连接器，使每个db连接器在使用上具有唯一性，防止使用过程中连接错误。电源模块主要用于提供信号处理单板各模块所需要的各种工作电源、基准电源；信号db连接器主要用于外设信号、通讯的接口连接。航空电连接器、db连接器、信号电缆主要用于信号高质量传输。

为了检验本发明的科学性、应用性与可靠性，进行了累积长达约50万小时在10个武器控制系统中数十种控制设备的不间断现场应用。应用表明，本发明解决了外设信号处理控制数量大、种类多的一体化、通用化、可维修性的问题，产生了较好的发明效益，得到了使用单位的高度好评。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。