论文--FTU的硬件结构设计和软件设计.docx

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1、摘要随 着 对 配 电 网 自 动 化 的 要 求 的 提 高 ，作 为 其 重 要 设 备 的 FTU的 性 能 也 应 提 高 。 针 对 当 今 市 面 上 的 终 端 设 备 的 不 足 ， 本 文 尝 试 给 出 一 种 功 能 强 大 、 性 价 比 高 、 可 推 广 性 强 的 FTU装 置 。 本 设 计 采 用 当 前 流 行 的 嵌 入 式 技 术 和 数 字 信 号 处 理 技 术 来 完 成 核 心 处 理 器 ，采 用 以 ARM9 与 TMS 3 2 0 LF2 4 0 7 A有 机 结 合 的 双 CPU构 架 ， 这 种 设 计 稳 定 、 高 效 、 节 能

2、 ， 优 于 以 往 FTU的 核 心 处 理 器 的 设 计 。 本 设 计 采 用 当 前 非 常 先 进 以 太 网 通 信 方 式 ， 较 以 往 FTU的 通 信 方 式 网 络 化 更 强 ， 信 息 传 输 能 力 更 为 强 大 。 本 设 计 除 了 在 核 心 处 理 器 和 通 信 方 式 上 有 明 显 优 势 外 ， 在 其 他 部 分 亦 有 改 进 。 希 望 这 种 装 置 在 相 当 长 的 时 间 内 都 保 持 优 越 性 。 本 文 讲 述 了 笔 者 对 馈 线 自 动 化 的 理 解 ， 介 绍 了 设 计 过 程 ， 给 出 了 FTU的 硬 件

3、结 构 设 计 和 软 件 设 计 。关 键 词 ： 双 C P U ， 嵌 入 式 ， AT 9 1 R M 9 2 0 0 ， T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A ， 以 太 网AbstrastA s requ i re m ents of the di stribu tion netw ork a u tom a ti on i ncrea si ng , the m a j or e qu i pm e nt , FT U perform a nc e, shou l d a l so be i m prov e d. To the o ld term i na l e

4、qu i pm ents d e fic i e nci e s, thi s pa per tri e s to g i v e a pow e rfu l , cost- e ffe cti v e , strong prom oti on of FT U d e v i ce . T hi s k i nd of FT U u se s A R M 9 a nd T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A org a n i c c om b ina ti on of d ou bl e C P U s tru ctu re. It i s hi g h e ffic ie nc

5、y , e ne rg y sa v i n g , s ta bi l i ty, better tha n the pre v i ou s FT U c ore proc e s sor de s i g n. T he cu rre nt d e si g n u s ing hi g hl y a d v a nc e d Ethernet c om m u ni c a tion m od e, com pa red to the prev iou s FT U com m u ni ca ti on m od e of netw ork in form a ti on tra n

6、sm i s si on a bil i ty s trong er, m ore pow erfu l . T hi s de s ig n in a ddi ti on to the core proc e s sor a nd c om m u ni ca ti on m od e ha s obv i ou s a d va nta g e s ,in the other pa rt a re i m prove d. H opi ng thi s FT U w i l l be a d v a nc ed for a long tim e in the fu tu re . T hi

7、 s pa per m a i nl y intro du ce s the FT U ha rd w a re stru ctu re a nd the m a i n a l g orithm , a nd g iv e s the ha rd w a re circu i t.K e y w or d s : D ou bl e C P U , e m bed d ed , AT 9 1 R M 9 2 0 0 ,T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A , Etherne t山东科技大学学士学位论文目 录目录1 绪 论11 .1 本 课 题 的 研 究 目 的 和 意 义11

8、 .2 本 课 题 的 主 要 研 究 内 容 （ 提 纲 ）21 .3 文 献 综 述 （ 国 内 外 研 究 情 况 及 其 发 展 ）31 .4 拟 解 决 的 关 键 问 题41 .5 研 究 思 路 和 方 法51 .6 本 课 题 的 进 度 安 排52 系统设计及原理62 .1 双 C P U 构 架62 .2 系 统 结 构 设 计63 硬件设计83 .1 处 理 器 的 设 计83 .2 模 拟 量 输 入 电 路 的 设 计1 33 .3 开 关 量 输 入 /输 出 回 路 的 设 计1 63 .4 频 率 测 量 电 路 的 设 计1 83 .5 通 信 单 元 设 计

9、1 83 .6 电 源 设 计2 24 算法设计244 .1 电 网 参 数 的 计 算2 44 .2 故 障 判 断 算 法2 54 .3 FIR 滤 波 算 法2 85 软件设计32山东科技大学学士学位论文目 录5 .1 主 程 序3 25 .2 通 信 中 断 程 序3 46 总结与展望366 .1 总 结3 66 .2 展 望3 7参考文献38致 谢41附录42附 录 14 2附 录 26 7山东科技大学学士学位论文2 绪 论1绪论1 .1 本课题的研究目的和意义长 期 以 来 ， 我 国 配 电 网 的 建 设 未 得 到 应 有 的 重 视 ， 建 设 资 金 短 缺 ， 设 备

10、技 术 性 能 落 后 ， 事 故 频 繁 发 生 ， 严 重 影 响 了 人 民 生 活 和 经 济 建 设 的 发 展 ， 随 着 电 力 的 发 展 和 电 力 市 场 的 建 立 ， 配 电 网 的 薄 弱 环 节 显 得 越 来 越 突 出 ， 形 成 了 与 电 网 建 设 不 协 调 的 局 面 。配 电 网 自 动 化 的 发 展 是 电 力 市 场 和 经 济 建 设 的 必 然 结 果 ， 而 随 着 配 电 自 动 化 的 快 速 发 展 ， 用 户 对 供 电 质 量 和 供 电 可 靠 性 的 要 求 越 来 越 高 。 馈 线 自 动 化 是 配 电 自 动 化 的

11、 重 要 内 容 之 一 ， 它 对 于 增 强 供 电 可 靠 性 、 提 高 电 能 质 量 、 节 能 减 损 来 讲 至 关 重 要 。 馈 线 自 动 化 远 方 终 端 是 馈 线 自 动 化 的 基 础 控 制 单 元 ， 对 实 现 馈 线 自 动 化 乃 至 配 电 自 动 化 起 着 十 分 重 要 的 作 用 。我 国 电 网 建 设 、 发 展 落 后 于 国 外 ， 而 众 所 周 知 ， 电 力 行 业 与 国 民 经 济 息 息 相 关 ， 电 力 电 网 建 设 的 落 后 会 使 得 其 他 行 业 的 发 展 滞 后 。 因 此 ， 加 快 电 网 建 设

12、、 实 现 配 电 网 自 动 化 刻 不 容 缓 。 本 课 题 将 研 究 如 何 将 当 前 最 新 技术 用 到 配 电 网 自 动 化 中 ， 设 计 一 个 馈 线 远 方 终 端 1 2。山东科技大学学士学位论文2 绪 论1 .2 本课题的主要研究内容（提纲）1 .2 .1 技 术 背 景（ 1 ） 我 国 目 前 配 电 网 自 动 化 的 现 状 及 发 展 方 向 ；（ 2 ） 馈 线 远 方 终 端 的 基 本 结 构 与 要 求 ；（ 3 ） FTU在 我 国 的 发 展 状 况 以 及 存 在 的 缺 陷 ；（ 4 ） 国 外 技 术 发 展 情 况 。 1 .2 .

13、1 预 期 功 能（ 1 ） 遥 测 功 能系 统 应 具 有 对 各 配 电 回 路 的 电 流 、 电 压 、 功 率 、 电 度 和 功 率 因 数 等 电 量 进 行 遥 测 的 功 能 ， 并 将 以 上 实 时 数 据 进 行 实 时 显 示 ， 另 外 将 以 上 数 据 通 过 远 动 传 输 通 道 传 送 倒 上 位 机 ， 经 上 位 机 计 算 分 析 处 理 和 显 示 ， 以 实 现 对 各 种 电 量 正 常 值 和 越 限 值 的 远 方 测 量 。（ 2 ） 遥 信 功 能系 统 应 能 对 柱 上 开 关 的 当 前 位 置 、 通 信 是 否 正 常 、

14、储 能 完 成 情 况 等 重 要 状 态 量 进 行 采 集 ， 并 通 过 网 络 向 上 位 机 及 时 汇 报 ， 以 实 现 对 柱 上 开 关 跳 合 闸 位 置 信 号 、 各 种 保 护 动 作 信 号 以 及 事 故 报 警 信 号 的 远 方 提 示 作 用 。（ 3 ） 遥 控 功 能FTU应 能 接 受 远 方 命 令 ， 控 制 柱 上 开 关 合 闸 和 跳 闸 以 及 起 动 储 能 过 程 。（ 4 ） 统 计 功 能FTU应 能 对 开 关 的 动 作 次 数 和 动 作 时 间 及 累 计 切 断 电 流 的 水 平 进 行 监视 。（ 5 ） 系 统 对

15、时 功 能山东科技大学学士学位论文2 绪 论FTU应 能 接 受 主 系 统 的 对 时 命 令 ， 以 便 和 系 统 时 钟 保 持 一 。 1 .2 .3 终 端 装 置 的 设 计（ 1 ） 硬 件 电 路 设 计 ；（ 2 ） 软 件 设 计 。1 .3 文献综述（国内外研究情况及其发展）1 .3 .1 国 外 配 电 自 动 化 发 展 情 况从 2 0 世 纪 3 0 年 代 英 国 开 发 出 用 时 间 开 关 控 制 用 户 负 荷 的 装 置 开 始 算 起 ， 配 电 自 动 化 大 致 而 言 经 历 了 三 个 发 展 阶 段 。 第 一 阶 段 在 2 0 世 纪

16、 5 0 年 代 应 用 了 自 动 隔 离 故 障 区 间 的 时 限 顺 序 送 电 装 置 ， 主 要 目 标 是 加 快 查 找 故 障 地 点 和 在 重 要 线 段 进 行 故 障 自 动 隔 离 ， 这 一 时 期 可 称 为 局 部 自 动 化 阶 段 。 第 二 阶 段 开 始 于 2 0 世 纪 7 0 年 代 ， 各 种 开 关 的 远 程 监 控 装 置 和 电 量 自 动 测 量 装 置 投 入 应 用 ， 特 别 是 随 着 计 算 机 及 通 信 技 术 的 发 展 ， 形 成 了 包 括 远 程 监 控 、 故 障 隔 离 、 负 荷 管 理 等 功 能 在 内

17、 的 配 电 自 动 化 技 术 。 1 9 8 8 年 I EEE出 版 的 刊 物 中 ， 比 较 正 式 地 提 出 了 配 电 自 动 化 的 概 念 ， 标 志 着 开 始 形 成 真 正 具 有 现 代 化 意 义 的 配 电 自 动 化 ， 这 一 时 期 可 称 为 监 控 自 动 化 阶 段 。 第 三 阶 段 开 始 于 2 0 世 纪 末 期 ， 开 始 研 发 地 理 信 息 系 统 并 应 用 于 配 电 自 动 化 ， 建 立 了 自 动 绘 图 、 设 备 管 理 、 地 理 信 息 系 统 ( AM/ FM/ GI S) ， 实 施 离 线 的 配 电 管 理

18、系 统 与 在 线 的 实 时 系 统 的 数 据 集 成 ， 进 入 了 运 行 监 控 结 合 设 备 及 需 求 侧 管 理的 综 合 性 自 动 化 发 展 阶 段 3 。 配 电 自 动 化 是 在 不 断 的 发 展 中 逐 步 完 善 的 。1 .3 .2 国 内 配 电 自 动 化 发 展 情 况国 内 配 电 自 动 化 起 步 于 9 0 年 代 ， 滞 后 国 外 约 2 0 年 。 近 年 来 我 国 许 多 地 区 已 经 在 不 同 层 次 、 不 同 规 模 上 进 行 了 配 电 网 自 动 化 的 试 点 工 作 ， 也 取 得山东科技大学学士学位论文2 绪

19、论了 相 当 的 成 绩 。 但 由 于 几 乎 所 有 的 配 电 网 自 动 化 试 点 都 是 开 环 运 行 模 式 ， 故 障 恢 复 时 间 都 在 3 0 秒 以 上 甚 至 到 分 钟 级 ， 所 以 不 能 满 足 对 供 电 可 靠 性 要 求 更 高 的 用 户 ， 只 能 采 取 双 回 甚 至 多 回 供 电 、 自 备 发 电 、 大 容 量 UPS 等 高 成 本 方 式 来 弥 补 。 因 此 ， 闭 环 运 行 方 式 的 配 网 自 动 化 系 统 具 有 提 高 配 电 网 运 行 的 可 靠 性 的 重 要 意 义 。 电 力 系 统 自 动 化 是 个

20、 综 合 的 整 体 范 畴 ， 早 期 自 动 化 的 发 展 是 孤 立 的 ， 互 不 联 系 、 互 不 影 响 的 ， 这 一 阶 段 又 被 形 象 的 成 为 岛 自 动 化 。 随 着 信 息 技 术 的 迅 猛 发 展 ， 各 自 动 化 孤 岛 的 互 联 成 为 电 力 系 统 自 动 化 的 热 点 和 流 行 趋 势 。 软 件 工 程 的 新 思 想 新 成 果 也 为 统 一 的 、 综 合 的 大 型 自 动 化 系 统 的 实 现 奠 定 了 基 础 。当 前 我 国 电 网 自 动 化 的 热 点 领 域 有 两 个 ： 变 电 站 综 合 自 动 化 ，

21、配 电 自 动 化 。 前 者 已 经 在 国 内 广 泛 应 用 并 取 得 令 人 鼓舞 的 经 济 、 社 会 效 益 。 后 者 已 经 为 国 家 的 重 点 基 础 投 入 之 一 4 5 。1 .3 .3 馈 线 远 方 终 端 发 展 趋 势馈 线 自 动 化 是 配 电 网 自 动 化 系 统 的 核 心 功 能 之 一 ， 而 馈 线 远 方 终 端 则 是 实 现 FA 的 关 键 终 端 设 备 。 目 前 ， 应 用 较 多 、 影 响 较 大 的 FTU 设 备 是 在 2 0 世 纪 9 0 年 代 初 期 推 出 的 Di s t r i bu t i on A

22、u t oma t i on RTU( DART) 。 该 产 品 采 用 了 当 时 先 进 的 8 b i t 单 片 机 ( MC6 8 HC1 1 ) 和 1 6 bi t DS P( ADS P2 1 05 ) 的 双 处 理 器 架 构 ， 以 技 术 先 进 、 可 靠 性 高 而 闻 名 。 虽 然 ， DART 采 用 的 硬 件 平 台 结 构 先 进 ， 但 由 于 受 限 于 当 时 的 集 成 电 路 工 艺 水 平 ， 采 用 的 芯 片 已 逐 渐 退 出 市 场 ， 且 程 序 空 间 小 、 功 能 扩 展 有 限 。 以 高 性 能 处 理 器 代 替 传

23、统 单 片 机 是一 种 趋 势 6 7 8 9 10 11 12。1 .4 拟解决的关键问题1 、 主 处 理 器 的 选 择 ；2 、 模 拟 量 输 入 电 路 的 设 计 ；山东科技大学学士学位论文2 绪 论3 、 开 关 量 输 入 、 输 出 回 路 的 设 计 ；4 、 通 信 单 元 的 设 计 ；5 、 算 法 的 选 择 。1 .5 研究思路和方法1 、 根 据 FTU的 预 期 功 能 ， 查 阅 相 关 资 料 ， 设 计 出 总 体 方 案 。2 、 首 先 明 确 各 部 分 功 能 的 实 现 原 理 ， 然 后 进 行 元 器 件 的 选 择 与 论 证 。 采

24、 用 当 今 新 型 的 元 器 件 ， 确 定 具 体 型 号 ， 最 后 组 合 成 一 完 整 的 硬 件 系 统 。3 、 根 据 设 计 出 的 硬 件 电 路 ， 以 及 要 实 现 各 装 置 的 功 能 ， 并 查 阅 相 关 的 资 料 ， 确 定 合 适 的 软 件 算 法 ， 给 出 软 件 流 程 图 。1 .6 本课题的进度安排1 - 2 周 ： 熟 悉 设 计 题 目 ， 确 定 设 计 方 案 ；3 - 4 周 ： 查 阅 相 关 资 料 ， 撰 写 开 题 报 告 ；5 - 6 周 ： 毕 业 实 习 ；7 - 1 0 周 ： 硬 件 电 路 设 计 ；1 1

25、- 1 3 周 ： 软 件 设 计 ；1 4 - 1 5 周 ： 编 写 毕 业 设 计 技 术 文 件 ： 说 明 书 和 图 纸 ；1 6 周 ： 准 备 毕 业 答 辩 。山东科技大学学士学位论文2 系统设计及原理2系 统 设 计 及 原 理2 .1 双 C P U 构架处 理 器 是 FTU装 置 的 核 心 部 件 ， 核 心 处 理 器 的 设 计 从 根 本 上 影 响 FTU的 性 能 。 最 初 以 单 片 机 作 为 FTU装 置 的 处 理 器 ， 虽 然 单 片 机 价 格 便 宜 ， 但 是 其 内 存 小 ， 信 息 处 理 能 力 弱 ， 稳 定 性 不 高 ，

26、渐 渐 落 后 ， 不 能 满 足 但 仅 对 配 电 装 置 的 要 求 。 近 年 来 数 字 信 号 处 理 技 术 的 飞 速 发 展 ， DS P在 各 个 领 域 的 应 用 日 益 广 泛 ， 市 场 上 出 现 了 不 少 以 DS P芯 片 为 处 理 器 的 FTU。 虽 然 其 性 能 较 之早 年 的 以 单 片 机 为 处 理 器 的 装 置 改 良 很 多 ，但 是 ，由 于 受 单 CPU构 架 的 限 制 ， DS P必 须 同 时 完 成 包 括 系 统 管 理 、 数 据 处 理 、 网 络 通 信 等 在 内 的 多 项 任 务 ， 负 担 很 重 ， 因

27、 而 可 靠 性 堪 忧 。 并 且 由 于 各 项 任 务 耗 时 不 同 ， 这 种 单 CPU结 构 的 FTU效 率 并 不 高 。 为 了 从 根 本 上 提 高 处 理 器 的 效 率 和 可 靠 性 ， 必 须 从 CPU 的 根 本 构 造 上 进 行 改 革 ， 故 本 系 统 采 用 双 CPU架 构 。 由 DS P负 责 模 拟 信 号 的采 集 和 处 理 ， MCU 完 成 遥 信 、 遥 控 、 通 信 、 故 障 处 理 等 功 能 ， 两 个 处 理 器 通 过 双 口 RAM进 行 数 据 交 互 。 耗 时 较 长 的 定 时 遥 信 、 遥 测 采 集

28、任 务 被 单 独 划 分 出 来 由 DS P完 成 ； 而 主 CPU将 FTU需 完 成 的 其 他 任 务 划 分 成 若 干 模 块 ， 定 时读 取 DS P中 的 数 据 ，响 应 任 务 的 速 度 大 大 提 高 。这 种 方 案 不 仅 完 全 满 足 遥 信 、 遥 测 的 实 时 性 要 求 ， 而 且 使 整 个 系 统 的 实 时 响 应 能 力 明 显 改 善 。 另 外 ， 从节 能 角 度 上 讲 ， 双 CPU的 构 架 一 定 程 度 上 降 低 了 功 耗 13。2 .2 系统结构设计本 系 统 主 要 分 为 处 理 器 模 块 、 通 信 模 块 、

29、 模 拟 量 输 入 模 块 、 开 关 量 输 入 输 出 模 块 、 电 源 模 块 。 结 构 框 图 如 下 图 图 1 所 示 。 各 个 模 块 具 体 电 路 的 设 计 将 在 下 文 中 讲 述 。山东科技大学学士学位论文2 系统设计及原理二次电源电 源光 电 隔 离开 入 量光 电 隔 离模 拟 量 输 入M C UA /D以 太 网DS P双 口 R AM开 出 量图 1 FTU系 统 结 构 框 图FT U 从 一 次 侧 采 集 线 路 电 压 和 电 流 ，分 别 经 电 压 互 感 器 ( PT ) 和 电 流 互 感 器 ( C T ) 变 换 为 标 称 值

30、（ 1 0 0 V 、 5 A ） ， 然 后 经 过 调 理 电 路 放 大 、 滤 波 后 进 入 数 模 转 换 器 ( A /D ) ， 在 数 模 转 换 器 中 将 模 拟 量 转 换 为 数 字 量 ； 转 换 值 读 入 DS P， 由 D S P 完 成 FIR 软 件 滤 波 ， FFT 计 算 ， 以 及 电 网 各 个 参 数 计 算 ； 数 据 处 理 结 果 经 双 口 R A M 传 输 给 M C U ； M C U 根 据 预 设 的 故 障 判 断 参 数 判 断 线 路 工 作 状 态 ， 并 实 时 采 样 开 关 状 态 ， M C U 连 接 以 太

31、 网 ， FT U 通 过 以 太 网 与 主 站 通 讯 ， 随 时 上 报 异 常 和 故 障 ， 并 接 收 主 站 遥 控 指 令 。 由 于 FT U 主 要 安 放 于 室 外 电 线 杆 上 ， 只 要 装 置 硬 件 牢 靠 ， 预 先 设 定 好 各 项 参 数 ， 一 般 不 再 需 要 人 的 干 预 ， 故 本 系 统 不 考 虑 现 场 调 试 ， 不 设 计 键 盘 和 显 示 器 。山东科技大学学士学位论文6 总结与展望3硬 件 设 计3 .1 处理器的设计3 .1 .1 主 处 理 器嵌 入 式 技 术 是 当 今 软 硬 件 发 展 的 潮 流 。 利 用 该

32、 项 技 术 和 设 计 思 想 ， 可 以 采 用 “ 积 木 化 ” 的 组 织 方 式 来 适 应 各 种 运 行 情 况 。 由 于 现 代 工 艺 水 平 的 提 高 ， 人 们 可 以 在 芯 片 内 集 成 尽 量 多 的 满 足 用 户 需 求 的 接 口 或 控 制 器 ， 尽量 少 的 扩 展 片 外 资 源 ， 一 个 嵌 入 式 工 业 芯 片 组 就 是 一 个 小 规 模 的 系 统 14 。ARM9 系 列 处 理 器 是 英 国 ARM公 司 设 计 的 主 流 嵌 入 式 处 理 器 , 属 于 低 功 耗 、 高 性 能 的 微 处 理 器 ， 其 结 构

33、见 图 2 。 ARM处 理 器 采 用 RI S C（ Re d u c e d I ns t r u c t i on Se t Comp ut e r , 精 简 指 令 集 计 算 机 ） 架 构 , 相 对 于 传 统 的 CI S C( Comp l e x I ns t r u c t i on Se t Co mp u t e r ) 不 仅 仅 是 简 单 地 减 少 了 指 令 ， 更 使 计 算 机 的 结 构 更 加 简 单 合 理 而 提 高 了 运 算 速 度 。ARM具 有 RI S C结 构 的 优 点 ， 同 时 支 持 Thu mb ( 1 6 位 ) /

34、ARM( 3 2 位 ) 双 指 令 集 , 大 量 使 用 寄 存 器 , 寻 址 方 式 灵 活 简 单 ， 指 令 执 行 速 效 率 更 快 。 新 一 代 的 ARM9 处 理 器 ， 通 过 全 新 的设 计 ， 采 用 了 更 多 的 晶 体 管 ， 能 够 达 到 两 倍 以 上 于 ARM7 处 理 器 的 处 理 能 力 。 其 实 ， 现 在 比 ARM9 行 能 更 高 的 的 ARM9 E等 系 列 业 已 问 世 ， ARM9 E等 系 列 上 还 集 成 了 DS P， 不 过 其 价 格 、 功 耗 远 高 于 ARM9 ， 究 其 性 价 比 ， 还 是 选

35、择 ARM9 更好 。 并 且 本 设 计 采 用 双 CPU构 架 ， 不 必 在 主 处 理 器 上 集 成 DS P 15 16。山东科技大学学士学位论文6 总结与展望复 位 及 震 荡 电 路系 统 专 用 电 路处 理 器R OM R AM定 时 器串 口中 断 控 制并 口输 入 /输 出 设 备 接 口 及 驱 动 电 路图 2 ARM内 部 结 构 框 图考 虑 到 FTU的 工 作 现 场 环 境 可 能 非 常 恶 劣 ， FTU应 具 有 防 雨 、 防 潮 、 防 防 腐 蚀 的 特 性 ， 故 本 系 统 选 用 高 性 能 、 高 稳 定 性 的 嵌 入 式 工 业

36、 芯 片 组 AT9 1 RM9 2 0 0 作 为 主 处 理 器 。 该 芯 片 为 ARM9 2 0 T内 核 ， 外 设 功 能 丰 富 ， 可 与 S DRAM接 口 ，内 存 可 达 6 4 MB，内 部 集 成 的 5 个 串 行 口 ，支 持 无 需 CPU参 与 的 DMA 读 写 ，大 大 减 轻 CPU的 负 担 。AT9 1 RM9 2 0 0 集 成 了 许 多 标 准 接 口 ，包 括 US B 2 . 0 全 速 主 机 端 口 和 设 备 端 口 、 以 及 与 多 数 外 设 和 在 网 络 层 广 泛 使 用 的 1 0 / 1 0 0 Ba s e - T

37、以 太 网 媒 体 访 问 控 制 器 （ MAC） 。 此 外 ， 它 还 提 供 一 系 列 符 合 工 业 标 准 的 外 设 ， 可 在 音 频 、 电 信 、 Fl a s h卡 、 红 外 及 智 能 卡 中 使 用 。表1 ARM9系列产品的性能特征型号Cac he 容量（指令/数 据）/KB紧密耦合存 储器（TOM）存储器管理AHB总线接 口ThumbDSPARM920T16/16无MMU有有无ARM922T8/8无MMU有有无山东科技大学学士学位论文6 总结与展望ARM940T4/4无MMU有有无3 .1 .2 从 处 理 器DS P是 一 种 运 算 密 集 型 的 微 处

38、 理 器 。数 字 信 号 处 理 的 任 务 通 常 需 要 完 成 大 量 的 实 时 计 算 , DS P处 理 器 能 够 满 足 数 字 信 号 处 理 的 实 时 性 要 求 主 要 原 因 是 DS P处 理 器 在 结 构 上 具 有 与 通 用 微 处 理 器 不 同 的 特 点 , 特 别 是 在 寻 址 和 计 算 能 力 等 方 面 作 了 很 大 的 改 进 和 扩 充 。 本 系 统 中 从 处 理 器 的 主 要 任 务 是 进 行 大 量 的 实 时 计 算 ， 故 应 选 择 DS P作 从 处 理 器 。TMS 3 2 0 系 列 的 芯 片 在 目 前 算

39、 较 为 先 进 、 应 用 非 常 广 泛 的 。 TMS 3 2 0 系 列 DS P的 采 用 哈 佛 结 构 ， 流 水 线 操 作 ， 专 用 的 硬 件 乘 法 器 ， 特 殊 的 DS P指 令 ， 快 速 的 指 令 周 期 ， 能 够 实 现 快 速 的 DS P运 算 ， 并 且 大 部 分 运 算 都 能 在 一 个 指 令 周 期 内 完 成 。 该 芯 片 具 有 快 速 的 数 字 信 号 处 理 能 力 ， 可 以 胜 任 1 2 个 模 拟 量 在 一 个 周 波 内 完 成 1 2 8 点 FFT算 。内 部 1 2 8 k W的 Fl a s h 足 够 存

40、 放 模 拟 量 处 理 程 序 ， 外 部 也 无 需 扩 展 高 速 S RAM， 且 具 有 加 密 功 能 。 本 系 统 的 从 处 理 器 选 用 3 2 b i t 定 点 DS P芯 片 TMS 3 2 0 LF2 4 0 7 A。 TMS 3 2 0 LF2 40 7 A是 目 前 产 量 比 较 大 的 一 款 定 点 DS P控 制 器 ， 它 采 用 了 高 性 能 静 态 CMOS 技 术 ， 使 得 供 电 电 压 降 为 3 . 3 V， 减 小 了 控 制 器 的 功 耗 ； 4 0 MI PS 的 执 行 速 度 使 得 指 令 周 期 缩 短 到2 5 ns

41、 ( 4 0 MHz ) ， 从 而 提 高 了 控 制 器 的 实 时 控 制 能 力 ； 集 成 了 3 2 K字 的 闪 存 ( 可 加 密 ) 、 2 . 5 K的 RAM、 5 0 0 ns 转 换 时 间 的 A/ D转 换 器 ， 片 上 事 件 管 理 器 提 供 了 可 以 满 足 各 种 电 机 的 PWM接 口 和 I / O功 能 ， 此 外 还 提 供 了 适 用 于 工 业 控 制 领 域 的 一 些 特 殊 功 能 ， 如 看 门 狗 电 路 、 S PI 、 S CI 和 CAN控 制 器 等 ， 从 而 使 它 可 广 泛 应 用 于 工 业 控 制 领 域

42、。山东科技大学学士学位论文6 总结与展望3 .1 .3 双 口 R A M双 口 RAM完 成 主 从 CPU之 间 的 数 据 传 输 。双 口 RAM 是 在 一 个 S RAM 存 储 器 上 具 有 两 套 完 全 独 立 的 数 据 线 、 地 址 线 和 读 写 控 制 线 ， 并 允 许 两 个 独 立 的 系 统 同 时 对 该 存 储 器 进 行 随 机 性 的 访 问 。 即 共 享 式 多 端 口 存 储 器 。 双 口 RAM 最 大 的 特 点 是 存 储 数 据 共 享 。 一 个 存 储 器 配 备 两 套 独 立 的 地 址 、 数 据 和 控 制 线 ， 允

43、许 两 个 独 立 的 CPU或 控 制 器 同 时 异 步 地 访 问 存 储 单 元 。 因 为 数 据 共 享 ， 就 必 须 存 在 访 问 仲 裁 控 制 。 内 部 仲 裁 逻 辑 控 制 提 供 以 下 功 能 ： 对 同 一 地 址 单 元 访 问 的 时 序 控 制 ； 存 储 单 元 数 据 块 的 访 问 权 限 分 配 ； 信 令 交 换 逻 辑 （ 例 如 中 断 信 号 ） 等 。 双 口 RAM可 用 于 提 高 RAM的 吞 吐 率 ， 适 用 于 作 于 实 时 的 数 据 缓 存 。本 设 计 使 用 美 国 I DT公 司 开 发 研 制 的 高 速 1

44、6 K 1 6 b i t 双 端 口 静 态 ， 它 是 真 正 的 双 口 RAM, 允 许 左 右 两 端 口 同 时 读 写 数 据 ， 每 个 端 口 都 有 自 己 独 立 的 地 址 线 、 控 制 线 和 数 据 线 。 其 左 右 两 端 的 管 教 功 能 如 下 表 所 示 。左 端 口右 端 口功 能CELCER片 选 信 号 端R/ WLR/ WR读 写 信 号 端BUS YLBUS YR忙 信 号 标 志 端OELOER输 出 控 制 端AL0 - AL13AR0 - AR1 3地 址 线I / OL0 - I / OL1 5I / OR0 - I / OR1 5数

45、 据 线S EMLS EMR标 志 控 制 端UBLUBR高 8 位 存 储 单 元 选 择 端LBLLBR低 8 位 存 储 单 元 选 择 端表 2 I DT7 0 26 管 教 功 能 表山东科技大学学士学位论文6 总结与展望I DT7 0 2 6 可 高 速 存 取 数 据 ，能 够 与 本 设 计 所 选 的 高 速 处 理 器 配 合 而 无 需 插 入 等 待 状 态 。 另 外 ， I DT7 0 2 6 还 具 有 标 识 功 能 ， 传 送 数 据 时 可 灵 活 组 成 各种 接 口 形 式 17。 本 设 计 中 核 心 处 理 器 的 连 接 电 路 如 图 3 所 示 。GNDI/O6 5176I/O55077I/O44978I/O34879I/O24780I/O14681I/O04582CELR/W L OEL S EM L UBL LBL BUSYLCERR/W R OER S EM R UBR LBR7071727374758386858483828180I/O6I/O5 I/O4 I/O3 I/O2 I/O1 I/O0GND84BUSYRCEEA0 EA1 EA2 EA3AREAWE DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 DB8 DB9 DB10 DB11 D1