基于FPGA芯片的VME总线电机控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种以可编程逻辑芯片（ＦＰＧＡ）为核心开发的基于ＶＭＥ总线的电机控制器。该电机控制器可与满足ＶＭＥ标准的单板计算机构成电机控制系统。本控制器硬件结构主要包括ＶＭＥ背板接插件１，电压转换芯片：＋５Ｖ转换为＋３．３Ｖ电源芯片２、＋５Ｖ转换为＋２．５Ｖ电源芯片３、＋３．３Ｖ转换为＋１．２Ｖ电源芯片４，以及ＶＭＥ总线地址信号驱动电路５，ＶＭＥ总线数据传输控制信号驱动电路６，ＶＭＥ总线数据信号驱动电路７，ＦＰＧＡ芯片８，光纤信号驱动器９，光纤发送器１０和光纤接收器１１，该控制器机械规格为标准６Ｕ电路板１２。本发明专利技术通过与ＶＭＥ总线单板计算机相结合，可以实现快速的数据通信能力，达到良好的电机控制效果。并且由于ＦＰＧＡ具有硬件可编程能力，在外部电路固定的情况下可以编程更改ＦＰＧＡ内部的逻辑结构，具有一定的灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制器领域，特别涉及基于VME总线标准的电机控制系统。
技术介绍
基于VME总线的控制系统在大功率交流调速系统如钢铁和轨道交通等被广泛应用，该总 线系统具有开放性和实时性等优点，但是构造复杂，成本高。现场可编程门阵列(FPGA)芯片具有硬件可编程能力，能够开发多种组合逻辑和时序逻 辑，由于其灵活性和成本效益，FPGA也正在被应用于电机控制系统中。在专利200510083982. 6中介绍了通过数字信号处理(DSP)芯片实现与VME总线控制器 进行数据交换的专利技术。该专利技术涉及芯片包括复杂可编程逻辑器件(CPLD)，双端口存储器(RAM) 和数字信号处理芯片(DSP)，其中，CPLD芯片用于完成VME接口逻辑，双端口RAM作为数据 共享通道，DSP通过与VME交换数据完成电机控制或者其他功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以FPGA为核心开发的基于VME总线的电机控制器。本专利技术采 用单个FPGA完成VME接口功能和电机控制功能，在保持系统灵活性的同时节省了系统成本。 本专利技术采用满足VME标准的单板计算机构成电机控制系统。一种基于FPGA芯片的VME总线电机控制器，主要硬件结构包括VME背板接插件，电压 转换芯片，VME总线地址信号驱动电路，VME总线数据传输控制信号驱动电路，VME总线数据 信号驱动电路，FPGA芯片，光纤信号驱动器，光纤发送器和光纤接收器。其中，VME背板接插件用于物理连接所述控制器与VME总线背板的Pl插槽，同时接通与 VME背板的信号和电源回路；VME总线的地址信号通过VME背板接插件连接到VME总线地址 信号驱动电路，VME总线地址信号驱动电路的输出连接到FPGA芯片的通用输入输出引脚上； VME总线的地址信号通过VME背板接插件连接到VME总线数据传输控制信号驱动电路，VME 总线数据传输控制信号驱动电路的输出连接到FPGA芯片的通用输入输出引脚上;VME总线的 数据信号通过VME背板接插件连接到VME总线数据信号驱动电路，VME总线数据信号驱动电 路的输出连接到FPGA芯片的通用输入输出引脚上；用于驱动逆变器的多路光纤发送器通过 光纤驱动芯片连接到FPGA芯片的通用输入输出引脚上；用于接收逆变器开关状态信号和主 电路保护信号的光纤接收器连接在FPGA芯片的通用输入输出引脚上。本专利技术使用的VME总线数据传输格式为24位地址和16位数据格式。本专利技术的优点在于1.通过将本控制器与VME总线控制系统相结合，可以实现快速的 数据通信能力，达到良好的电机控制效果。2. FPGA具有硬件可编程能力，在外部电路固定 的情况下可以编程更改FPGA内部的逻辑结构，具有一定的灵活性。 附图说明图1为本专利技术控制器结构框图2为VME总线地址信号连接原理图3为VME总线控制信号连接原理图4为VME总线数据信号连接原理图5为电源模块原理图6为输出光纤信号连接原理图7为光纤信号接收器连接原理图中1三排96针VME背板标准接插件，2 +5V转换为+3.3V电源芯片，3 +5V转换 为+2.5V电源芯片，4 +3.3￥转换为+1.2乂电源芯片，5地址信号驱动芯片，6控制信号驱 动芯片，7数据信号驱动芯片，8FPGA芯片，9光纤信号驱动器，IO光纤信号发送器，11光 纤信号接收器，12标准6U板卡，13、 14、 15地址信号驱动芯片，16、 17、 18控制信号驱 动芯片，19、 20数据信号驱动芯片。 具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。图l为本专利技术控制器的硬件框图。本控制器硬件结构主要包括VME背板接插件1，电压 转换芯片+5V转换为+3. 3V电源芯片2、 +5V转换为+2. 5V电源芯片3、 +3. 3V转换为+1. 2V 电源芯片4，以及VME总线地址信号驱动电路5, VME总线数据传输控制信号驱动电路6， VME 总线数据信号驱动电路7， FPGA芯片8，光纤信号驱动器9，光纤发送器10和光纤接收器11， 该控制器机械规格为标准6U电路板12。其中，VME背板接插件1为三排96引脚标准端子， 用于物理连接本控制器与VME总线背板的Pl插槽，同时通过Pl插槽接通与雨E背板的信号 和电源回路；VME总线的地址信号通过背板接插件1连接到VME总线地址信号驱动电路5的 输入引脚，VME总线地址信号驱动电路5包含3片驱动芯片13, 14， 15， VME总线地址信号 驱动芯片13， 14， 15的输出直接连接到FPGA芯片8的通用输入输出引脚上VME总线的地 址信号通过背板接插件1连接到VME总线数据传输控制信号驱动电路6的输入引脚，VME总 线数据传输控制信号驱动电路6包含3片驱动芯片16， 17， 18， VME总线数据传输控制信号 驱动电路6的输出直接连接到FPGA芯片8的通用输入输出引脚上;VME总线的数据信号通过 背板接插件1连接到VME总线数据信号驱动电路7的输入引脚，VME总线数据信号驱动电路 7包含2片驱动芯片19, 20, VME总线数据信号驱动电路7的输出直接连接到FPGA芯片8的通用输入输出引脚上，VME总线数据信号驱动电路7的数据信号驱动芯片19， 20釆用具有 双向传输功能的驱动芯片；用于驱动逆变器的多路光纤发送器10通过光纤驱动芯片9连接 到FPGA芯片8其它通用输入输出引脚上；用于接收逆变器开关状态信号和主电路保护信号 的光纤接收器11直接连接在FPGA芯片8其它通用输入输出引脚上。以上各芯片以及本专利技术'中主要信号连接原理说明如下 ' 图2所示为VME总线地址信号驱动电路5的连接原理图。如图2所示，VME总线地址信 号驱动电路5采用三块缓冲器芯片74LS244:第一、第二、第三信号隔离和驱动芯片13、 14、 15作为信号隔离和驱动芯片。VME总线地址信号的1到7位分别从VME背板接插件1的A30， A29， A28， A27， A26， A25， A24， C30引脚连接到第一信号隔离和驱动芯片13的左侧输入引 脚2、 4、 6、 8、 11、 13、 15、 17，第一信号隔离和驱动芯片13的输出引脚3、 5、 7、 9、 12、 14、 16、 18连接到FPGA芯片8的通用输入输出引脚161， 162， 165， 166， 167， 168, 169， 171上。VME总线地址信号的8到15位分别从VME背板接插件1的C29， C28， C27， C26， C25， C24, C23引脚连接到第二信号隔离和驱动芯片14的左侧输入引脚2、 4、 6、 8、 11、 13、 15、 17，第二信号隔离和驱动芯片14的输出引脚3、 5、 7、 9、 12、 14、 16、 18连接到FPGA芯 片8的通用输入输出引脚172， 175， 176， 178， 180， 181， 182， 183上。VME总线地址信号 的16到23位从VME总线接插件1的C22， C21， C20' C19, C18， C17， C16， C15引脚连接 到第三信号隔离和驱动芯片15的左侧输入引脚4、 6、 8、 11、 13、 15、 17，第三信号隔离和 驱动芯片15的输出引脚3、 5、 7、 9、 12、 14、 16分别连接到FPGA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＦＰＧＡ芯片的ＶＭＥ总线电机控制器，其特征在于，所述控制器包括ＶＭＥ背板接插件（１），电压转换芯片（２、３、４），ＶＭＥ总线地址信号驱动电路（５），ＶＭＥ总线数据传输控制信号驱动电路（６），ＶＭＥ总线数据信号驱动电路（７），ＦＰＧＡ芯片（８），光纤信号驱动器（９），光纤发送器（１０）和光纤接收器（１１）；ＶＭＥ背板接插件（１）用于物理连接所述控制器与ＶＭＥ总线背板的Ｐ１插槽，同时接通与ＶＭＥ背板的信号和电源回路；ＶＭＥ总线的地址信号通过ＶＭＥ背板接插件（１）连接到ＶＭＥ总线地址信号驱动电路（５），ＶＭＥ总线地址信号驱动电路（５）的输出连接到ＦＰＧＡ芯片（８）的通用输入输出引脚上；ＶＭＥ总线的地址信号通过ＶＭＥ背板接插件（１）连接到ＶＭＥ总线数据传输控制信号驱动电路（６），ＶＭＥ总线数据传输控制信号驱动电路（６）的输出连接到ＦＰＧＡ芯片（８）的通用输入输出引脚上；ＶＭＥ总线的数据信号通过ＶＭＥ背板接插件（１）连接到ＶＭＥ总线数据信号驱动电路（７），ＶＭＥ总线数据信号驱动电路（７）的输出连接到ＦＰＧＡ芯片（８）的通用输入输出引脚上；用于驱动逆变器的多路光纤发送器（１０）通过光纤驱动芯片（９）连接到ＦＰＧＡ芯片（８）的通用输入输出引脚上；用于接收逆变器开关状态信号和主电路保护信号的光纤接收器（１１）连接在ＦＰＧＡ芯片（８）的通用输入输出引脚上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，葛琼璇，王晓新，刘洪池，韦榕，李耀华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]