专利名称：一种应用于工业变流的电接口通信板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业变流领域，具体是一种应用于工业变流的电接口通信板。
背景技术：
目前我国国内工业变流领域的通信设备以为应用国外品牌为主，市场占有率最大的是profibus。我国无相应的国产高端产品，特别在总线通信的技术研发及工程应用上，性能受到严重束缚。例如1)通信速度不够快，一般实际应用中的最小周期都在IOmS以上， ImS的周期要求就满足不了 ；2)通信周期不能便利的进行事先规划，例如profibus每增加一个通信端口周期便会延长一个不能精确确定的时间，周期时间只能在将所有通信数据添加进系统以后才能进行估算和测量；3)部分产品不能直接实现从_从通信，必须通过主站中转。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种应用于工业变流的电接口通信板，解决目前工业变流领域的总线通信设备通信速度不够快、通信周期不可准确规划、部分产品不能直接实现从_从通信，必须通过主站中转的问题。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种应用于工业变流的电接口通信板，板内包括RS232接口电路、MCU最小系统、DPRAM及其外围电路、CPLD芯片及其外围电路、背板连接器、板级电源及其配置电路、专用MVB通信协议芯片及其外围电路， RS232接口电路与MCU最小系统连接进行串口通信，板级电源及其配置电路为MCU最小系统提供上电顺序以及工作初始状态，MCU最小系统通过控制总线和CPLD芯片连接，DPRAM与背板连接器双向连接，DPRAM与专用MVB通信协议芯片、专用MVB通信协议芯片外围电路中的SRAM存储芯片连接，SRAM存储芯片与专用MVB通信协议芯片连接，DPRAM与CPLD芯片之间、CPLD芯片与专用MVB通信协议芯片之间双向通信，电接口电路包括六片缓冲芯片、六片光耦隔离芯片、两片总线收发芯片和两个MVB接口，专用MVB通信协议芯片与六片缓冲芯片连接，六片缓冲芯片分别与六片光耦隔离芯片连接，六片光耦隔离芯片分成两组，每组三片，每组光耦隔离芯片分别与一片总线收发芯片连接，总线收发芯片与MVB接口双向连接。所述MCU最小系统为MC9S12XEP100芯片。所述MCU最小系统的内核电源、锁相环电源和内部FLASH模块电源由 MC9S12XEP100芯片内部的线性稳压器提供，内核电源和内部FLASH模块电源为1. 84V，锁相环电源为2. 82V，所述MCU最小系统的模拟输入电源为5V。所述板级电源为LM2853电源，为MCU最小系统提供3. 3V输入输出电源。所述CPLD芯片型号为EPM1270。所述电接口电路物理通道采用MVB规范中的电气短距离介质。设置了所述MCU最小系统的配置电路，配置电路采用74LVC244APW芯片。所述CPLD芯片采用33MHz的有源时钟。[0012]所述MVB接口包括MVBC控制芯片、地址缓冲器、数据缓冲器和MVB通信存储器，地址缓冲器和数据缓冲器接入MVBC控制芯片，MVB通信存储器与MVBC控制芯片双向连接，数据缓冲器与MVB通信存储器双向连接。所述DPRAM与背板连接器之间、CPLD芯片与专用MVB通信协议芯片之间接有缓冲
ο本实用新型通信板的作用是将MVB这一列车专用通信总线应用到了工业变流领域的通信设备上，其上配置了 RS232接口，用于上位机与通信板中MCU最小系统通信，其功能为单板调试，配置文件下载等，板级电源除了为整板供电还进行了 MCU最小系统的上电顺序的电路设计，MCU最小系统用于整板通信控制以及MVB数据与总线数据间的搬运转换， CPLD芯片用于MCU最小系统与专用MVB通信协议芯片的芯片状态配置与控制功能拓展， MVBC02拥有其专用的SRAM存储芯片(TM)，用于MVB数据存储以及MVBC02与MCU最小系统之间的数据交互，DPRAM运用在与母板总线通信的连接器接口部分，将DPRAM的双向高速存储能力应用于通信板与外部母板间总线通信上，使得该通信板具有访问简单，易操作等优点ο本实用新型能满足大部分工业变流现场的需求，通信速度较快、通信周期可较准确地规划、直接实现了从_从通信，具有良好的实时性和可靠性。
图1为本实用新型装置一实施例结构图；图2为本实用新型一实施例板级电源部分电路图；图3为本实用新型一实施例MCU最小系统配置电路；图4为本实用新型一实施例CPLD系统33MHz有源时钟电路图；图5为本实用新型一实施例CPLD系统的JTAG下载电路图；图6为本实用新型一实施例MVB子系统结构图；图7为本实用新型一实施例电接口电路物理通道框图；图8为本实用新型一实施例电接口电路物理通道电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做详细介绍。参见图1，应用于工业变流的通信板，板内包括RS232接口电路、MCU最小系统、 DPRAM及其外围电路、CPLD芯片及其外围电路、背板连接器、板级电源及其配置电路、专用 MVB通信协议芯片及其外围电路，RS232接口电路与MCU最小系统连接进行串口通信，板级电源及其配置电路为MCU最小系统提供准确的上电顺序以及正确的工作初始状态，MCU最小系统通过控制总线和CPLD芯片连接，DPRAM通过总线和第一个缓冲器连接，第一个缓冲器通过总线与静态随机存储器和专用MVB通信协议芯片连接，DPRAM与第二个缓冲器双向连接，第二个缓冲器与背板连接器双向连接，静态随机存储器与专用MVB通信协议芯片通过总线连接，DPRAM与CPLD芯片之间、CPLD芯片与第一个缓冲器之间以及第一个缓冲器与专用MVB通信协议芯片之间双向通信，电接口电路包括六片缓冲芯片、六片光耦隔离芯片、 两片总线收发芯片和两个MVB接口，专用MVB通信协议芯片与六片缓冲芯片连接，六片缓冲芯片分别与六片光耦隔离芯片连接，六片光耦隔离芯片分成两组，每组三片，每组光耦隔离芯片分别与一片总线收发芯片连接，总线收发芯片与MVB接口双向连接。参见图2，图中的VDDR为MCU最小系统内部LDO的输入管脚，输入电压范围为 3. 13-5. 5V，这里接单板3. 3V电源VDD33 ；VDD为MC9S12XEP100CAG的内核电源，可由芯片外部提供也可由芯片内部电源模块的LDO提供，本设计是由芯片内部的LDO提供，工作的电压典型值为1. 84V, VDD外部接220nF的X7R陶瓷电容提高电源的稳定性；VDDPLL(典型值为 2. 82V)和VDDF(典型值为1. 84V)分别为MCU最小系统的锁相环电源和内部FLASH模块电源，他们和VDD —样即可由芯片外部提供也可由芯片内部电源模块的LD0，这里都是由芯片内部的LDO提供，外部接的220nF电容也是为提高内部电源的稳定性；VDDAl为芯片模拟输入的电源，采用5V供电，为提高电源的精度同时减小模拟电源对VCC的干扰在VCC和VDDAl 之间使用了一个小的η型滤波电路，其中IOuH电感的通流量为0.2Α。另外模拟输入的参考电平VRH通过一个磁珠接VDDAl，VRL通过0欧姆电阻接地；VDDX1-VDDX4为M⑶最小系统的IO电源，这里接VDD33(由芯片外部的板级电源LM2853提供)并且在每个电源管脚接一个0. IuF和一个InF的去藕电容，另外为提高MCU最小系统的ESD防护性能，在VDDAl和 VDDX之间加了二极管D10，保证在上电/下电期间VDDX的电压在任何时候都不会比VDDAl 高出超过D6的正向导通电压。另外对于单板上的模拟地和数字信号地将采用共地的模式， 统一接信号地。板上MCU最小系统采用FreeScale公司的MC9S12XEP100CAG，16位数据线、23位地址线。考虑到总线到部分外设的走线会比较的长，所以总线上串接了 33欧姆的匹配电阻。 MCU最小系统的片上外设资源包括8个SCI通信接口、4个CAN2. 0通信接口、2个I2C接口、 24路模拟输入、lMflash、64K SRAM等等。在本单板的应用中除了片上FLASH和SRAM，其它主要使用到1个SCI接口，用于RS232通信。为保证MCU最小系统在上电复位后能工作在需要的模式下，所以设置配置电路(见附图3)。CPLD系统采用ALTERA的EPM1270T144I5N。其33MHz的有源时钟如图4所示，CPLD 的JTAG下载电路如5所示。MVB子系统结构框图如图6所示，其中标记1处为地址缓冲器，标记2处为数据缓冲器，标记3处为MVB通信存储器。电接口通道部分采用MVB规范中的电气短距离介质，其物理通道框图如图7所示， 每一部分的功能简述如下1. MVBC02芯片为MVB总线通信专用芯片，功能为MVB协议处理。通过MVBC02接收或发送的数据需要经过MVB专用物理层电路转换为MVB标准差分数据传递到MVB总线上。2.根据传输介质的不同，会应用不同的物理通道接口电路。ESD介质通信接口电路框图中缓冲芯片的作用是电平转换将MVBC02芯片的3. 3V电平信号转换为接口电路需要的5V电平信号。3.光耦芯片的作用是将ESD总线部分信号和板内信号相隔离(输入输出间信号相隔离)，起到了很好的抗干扰作用(防止总线上设备间相互干扰)，因为光耦本身良好的电绝缘能力以及很强的共模抑制能力使得插件本身的电磁兼容能力大大加强。4.总线收发芯片的作用为单端信号和差分信号的相互转换。5.隔离电源应用在光耦与MVB接口之间的电路供电上，由于通过光耦后的ESD接口电路为隔离信号，所以其电源和地均要与插件其他电路的电源地相隔离，这时就需要应用DC-DC转换隔离电源对其进行供电。 根据标准IEC-61375-1规定，整个ESD接口电路为两套相同电路的冗余设计。ESD 通信中需要进行冗余设计即所谓的A/B线通信，其作用是当一条物理通道或总线发生故障时，可以切换到另一条备用总线上进行MVB通信，保证其运行过程中的连续性、实时性和可靠性。
权利要求1.一种应用于工业变流的电接口通信板，板内包括RS232接口电路、MCU最小系统、 DPRAM及其外围电路、CPLD芯片及其外围电路、背板连接器、板级电源及其配置电路、专用 MVB通信协议芯片及其外围电路，其特征在于，RS232接口电路与MCU最小系统连接，板级电源及其配置电路为MCU最小系统提供上电顺序以及工作初始状态，MCU最小系统通过控制总线和CPLD芯片连接，DPRAM与背板连接器双向连接，DPRAM与专用MVB通信协议芯片、专用MVB通信协议芯片外围电路中的SRAM存储芯片连接，SRAM存储芯片与专用MVB通信协议芯片连接，DPRAM与CPLD芯片之间、CPLD芯片与专用MVB通信协议芯片之间双向通信，电接口电路包括六片缓冲芯片、六片光耦隔离芯片、两片总线收发芯片和两个MVB接口，专用 MVB通信协议芯片与六片缓冲芯片连接，六片缓冲芯片分别与六片光耦隔离芯片连接，六片光耦隔离芯片分成两组，每组三片，每组光耦隔离芯片分别与一片总线收发芯片连接，总线收发芯片与MVB接口双向连接。
2.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述MCU最小系统为MC9S12XEP100芯片。
3.根据权利要求2所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述MCU最小系统的内核电源、锁相环电源和内部FLASH模块电源由MC9S12XEP100芯片内部的线性稳压器提供，内核电源和内部FLASH模块电源为1. 84V，锁相环电源为2. 82V，所述MCU最小系统的模拟输入电源为5V。
4.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述板级电源为LM2853电源，为MCU最小系统提供3. 3V输入输出电源。
5.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述CPLD芯片型号为EPM1270。
6.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述电接口电路物理通道采用MVB规范中的电气短距离介质。
7.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，设置了所述 MCU最小系统的配置电路，配置电路采用74LVC244APW芯片。
8.根据权利要求1或5所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述 CPLD芯片采用33MHz的有源时钟。
9.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述MVB接口包括MVBC控制芯片、地址缓冲器、数据缓冲器和MVB通信存储器，地址缓冲器和数据缓冲器接入MVBC控制芯片，MVB通信存储器与MVBC控制芯片双向连接，数据缓冲器与MVB通信存储器双向连接。
10.根据权利要求1所述的应用于工业变流的电接口通信板，其特征在于，所述DPRAM 与背板连接器之间、CPLD芯片与专用MVB通信协议芯片之间接有缓冲器。
专利摘要本实用新型公开了一种应用于工业变流的电接口通信板，整个通信板的作用是将MVB这一列车专用通信总线应用到了工业变流领域的通信设备上，其上配置了RS232接口，用于上位机与通信板中MCU最小系统通信，板级电源除了为整板供电还进行了MCU最小系统的上电顺序的电路设计，MCU最小系统用于整板通信控制以及MVB数据与总线数据间的搬运转换，CPLD芯片用于MCU最小系统与专用MVB通信协议芯片的芯片状态配置与控制功能拓展，MVBC02拥有其专用的SRAM存储芯片，用于MVB数据存储以及MVBC02与MCU最小系统之间的数据交互，DPRAM运用在与母板总线通信的连接器接口部分，将DPRAM的双向高速存储能力应用于通信板与外部母板间总线通信上，使得该通信板具有访问简单，易操作等优点。
文档编号H03K19/0175GK202190263SQ201120318340
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者汪文心, 王强, 罗林, 袁智巧, 谷丰, 贺盛文, 陈小玄 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司