本文介紹的智能控制單元采用數字信號處理器(DSP)及嵌入式實時操作系統完成各種數據的處理、通信和算法的設計，而狀態量的采集和執行信號輸出將由復雜可編程邏輯器(CPLD)完成，主要是基于CPLD內部硬件電路結構的可靠性和對狀態采集的實時性，該系統可以滿足系統控制實時性及可靠性的要求。

　　硬件設計

　　TMS320F2812DSP介紹

　　TMS320F2812DSP是德州儀器公司(TI)推出的32位高性能數字信號處理器，它具有峰值運行每秒150萬條指令(MIPS)的處理速度和單周期完成32×32位MAC運算功能，同時它還具有128k×16的片上Flash，18k×16的片上RAM以及大量的片上外設，包括A/D轉換模塊、2個事件管理器(EVA和EVB)，CAN總線控制器、2個串行通信接口模塊(SCIA和SCIB)、串行外設接口模塊(SPI)、多功能串行接口(McBSP)及56個通用I/O口。該DSP以高效的32位定點CPUTMS320C28xTM為核心處理器，其開發既可使用C28x匯編也可使用ANSIC/C++語言。此外TI公司還提供有虛擬浮點數學函數庫(IQ數學函數庫)、快速傅里葉變換(FFT)算法函數庫、濾波器庫等，這些函數庫可顯著簡化應用系統開發。

　　TMS320F2812強大的功能使其能滿足嵌入式智能控制單元的設計要求。

　　系統硬件設計

　　智能控制單元主要完成的任務包括：處理主控模塊控制命令、監測母線電力參數、溫度采集、保護控制算法的實現、檢測開關量的狀態、開關量的輸出控制及與監控中心的通信等。為了實現上述功能，并充分利用DSP TMS320F2812強大的外設功能及嵌入式操作系統的優點，DSP主要完成模擬量采集、數據處理、算法實現、溫度采集、通信及命令處理。同時為了狀態的快速檢測和輸出執行信號的可靠性，將由CPLD完成狀態量的監測、與DSP的通信、狀態信號的輸出及外部高電壓電路的控制。系統結構如圖1所示。系統硬件的設計包括各調理電路、CAN總線通信驅動、RS-232總線驅動和RS-485總線驅動及CPLD內部電路的設計。

　　圖1 智能控制單元系統結構圖

　　調理電路設計

　　調理電路包括交流電壓采集調理電路、開關量采集調理電路、開關量控制驅動電路。交流電壓信號的采集使用F2812 內置12位A/D轉換模塊，該模塊本身具有采樣保持電路且要求輸入電壓的范圍為0~3V，因此設計了由電壓互感器、電流電壓轉換電路和RC濾波構成隔離電路和由放大、電壓抬升、電壓跟隨器及限幅組成的調理電路，可將220V/50Hz的電壓信號轉換成0~3V的電壓信號。

　　開關量的采集采用CPLD實現。由于開關量經常出現抖動問題，因此其調理電路需采取措施去除開關抖動。在其調理電路中，采用電容C濾除輸入信號中的尖峰電壓(主要針對高頻干擾)，12V的穩壓二極管濾除干擾信號(主要針對低頻干擾)，光電耦合器是為了防止外部信號影響內部電路的工作;二極管VD用于保護光耦中的發光二級管以免發光二極管被反向擊穿開關量控制信號經CPLD的I/O管腳輸出。輸出信號經過光耦器件TLP127驅動外部的高電壓器件動作。

　　由于該智能控制單元主要是控制斷路器的關合，而斷路器的關合過程中會產生強的電磁效應，如果直接由DSP的GPIO管腳驅動，外部電磁干擾有可能使DSP的程序跑飛或使DSP復位，嚴重影響執行后果，所以系統中開關量的輸入/輸出均由CPLD完成，其可靠程度將加強。

　　通信模塊

　　F2812具有增強型CAN控制器eCAN模塊，其完全支持CAN2.0B協議，性能較之已有的DSP內嵌CAN控制器有較大的提高，在CAN總線通信時，數據傳輸更加靈活方便，數據量更大、可靠性更高、功能更加完備，因此本設計采用CAN總線實現智能終端的通信。通信模塊的硬件設計主要是CAN總線驅動電路的設計，選用飛利浦公司的CAN通信收發器PCA82C250作為F2812的CAN控制器和物理總線間接口，以實現對總線的差動發送和接收功能。為防止干擾信號的引入，設計中采用高速光耦6N137對F2812及物理總線隔離。RS-232的驅動芯片直接選用MAX232驅動芯片，而RS-485的驅動芯片采用SNLBC184，同時為了防止干擾信號進入，設計中采用光耦TLP521對F2812和RS-232及RS-485總線驅動芯片隔離。