【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多功能输入输出模块及输入输出方法
本专利技术涉及一种基于FPGA的多功能输入输出模块(Input/OutputModule,简称IOM),可灵活配置,用于高速列车系统中的模块输入输出连接。
技术介绍
高速列车中央控制单元CCU(CentralControlUnit)由供电模块、中央处理单元CPU、TCN网关、IO模块、总线管理模块、背板等部分组成,主要作用是完成列车系统逻辑控制以及对各部件监控和保护。多功能输入输出模块(IOM)属于CCU单元中的IO模块的一部分,通过16位数据总线和16位地址总线连接至中央处理单元CPU模块。此模块不仅支持23路模拟信号输入采集、64路控制数字信号输入、46路控制数字信号输出、而且支持频率和脉冲持续时间采集等功能,是CPU模块与外界个模块通讯的重要桥梁。目前国内高速列车系统研发刚刚起步,尚无稳定可靠的多功能输入输出模块。
技术实现思路
本专利技术为高速列车CCU系统中中央处理模块与其他模块通讯的重要接口,提供一种基于FPGA的高可靠性模拟信号输入输出、数字信号输入输出模块。该模块由7部分组成:模拟信号输入调理采集单元、模拟信号输出单元、模拟信号输入比较单元、数字信号输入单元、数字信号输出单元、FPGA模块、人机交互模块。此模块通过16位地址总线与16位数据总线与中央处理单元CPU模块通信。机械尺寸采用标准6U板卡。一种基于FPGA的多功能输入输出模块,在高速列车中央控制单元的IO模块中,在高速列车中央控制单元中由中央处理器CPU、总线管理模块以及背板组成,基于FPGA的多功能输入输出模块通过16位地址总线和1 ...
【技术保护点】
一种基于FPGA的多功能输入输出模块,在高速列车中央控制单元的IO模块中,高速列车中央控制单元中由中央处理器CPU模块、总线管理模块以及背板组成,其特征在于,包括模拟信号输入调理采集单元、模拟信号输出单元、数字信号输出/输入单元、模拟信号输入比较单元,以及人机交互模块和FPGA模块,所述模拟信号输入调理采集单元,收集经由多通道模拟多路器切换后的模拟信号输入,经过模数转换芯片采集后通过SPI接口传入FPGA模块经过FPGA模块读取后通过数据总线与CPU模块进行通讯;或者模拟控制信号由SPI接口传入模拟信号输出单元;所述模拟信号输出单元,接收经过SPI接口传送的模拟控制信号经过数模转换芯片电平变化电路传送到输出接口;所述模拟信号输入比较单元,提供模拟信号电平变换及调理,经过二极管反向保护后在比较器上输出,信号输出供FPGA模块进行数字检测,判断端口状态;所述数字信号输出/输入单元,通过调节双向缓冲器方向,可配置为输入模式和输出模式;人机交互模块,提供控制面板供输入及显示数据,得到的输入信号进入FPGA模块。
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多功能输入输出模块,在高速列车中央控制单元的IO模块中,高速列车中央控制单元中由中央处理器CPU模块、总线管理模块以及背板组成,其特征在于,包括模拟信号输入调理采集单元、模拟信号输出单元、数字信号输出/输入单元、模拟信号输入比较单元,以及人机交互模块和FPGA模块,所述模拟信号输入调理采集单元,收集经由多通道模拟多路器切换后的模拟信号输入,经过模数转换芯片采集后通过SPI接口传入FPGA模块经过FPGA模块读取后通过数据总线与CPU模块进行通讯;或者模拟控制信号由SPI接口传入模拟信号输出单元;所述模拟信号输出单元,接收经过SPI接口传送的模拟控制信号经过数模转换芯片电平变化电路传送到输出接口;所述模拟信号输入比较单元,提供模拟信号电平变换及调理,经过二极管反向保护后在比较器上输出,信号输出供FPGA模块进行数字检测,判断端口状态;所述数字信号输出/输入单元,通过调节双向缓冲器方向,可配置为输入模式和输出模式;当配置为输入模式时,双向缓冲器方向配置为由外部至内部,HCMOS数字信号输入经过双向缓冲器缓冲及电平转换,转化为3.3VLVCMOS电平,供FPGA采集;当配置为输出模式时,双向缓冲器方向配置为由内部至外部,FPGA输出的3.3VLVCMOS电平经过双向缓冲器缓冲及电平转换,转化为HCMOS电平输出;人机交互模块,提供控制面板供输入及显示数据,得到的输入信号进入FPGA模块。2.如权利要求1所述的基于FPGA的多功能输入输出模块,其特征在于,所述输入输出模块通过多个数据总线和多个地址总线连接至CPU模块。3.如权利要求1所述的基于FPGA的多功能输入输出模块,其特征在于,所述输入输出模块的数字信号输出/输入单元将模拟电压转换为数字值,其中23个外部模拟信号进行12位采样,量程为±10V,10个信号从模拟输入传递至极限值监控器。4.如权利要求1所述的基于FPGA的多功能输入输出模块,其特征在于,...
【专利技术属性】
技术研发人员:于佳晨,赵琛,武斌,黄东,郭亮,杨洪陶,
申请(专利权)人:中国科学院软件研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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