FPGA设备控制诊断接口卡的设计与实现
基于XILINX FPGA的设备控制诊断接口卡设计与实现
摘要：本文介绍了一种基于XILINX公司FPGA芯片XC2S50的设备控制诊断系统，由于应用所需，作者将其设计为一种从机接口卡，可以接收主控机的控制命令，并向主控机发送诊断数据。该接口板成功运用在高速磁浮列车悬浮控制系统中。
关键字：FPGA；悬浮接口卡；诊断逻辑；中央控制逻辑
1 引言
工业控制中，主控设备除对从设备发送控制指令外，还要对从设备进行故障诊断，并对诊断结果做出响应。随着DSP和FPGA技术的发展，工业控制方面开始使用DSP和FPGA进行工业设备控制和诊断。用FPGA技术可以将各种设备的控制逻辑和诊断逻辑在FPGA芯片中实现，替代原来为实现相应功能电路的大大节省了系统空间、降低了系统功耗并缩短了设计周期。
2 硬件电路实现
本设计是高速磁浮列车（以下简称列车）悬浮 控制中的一部分—悬浮接口卡，其主要完成列车空气弹簧、悬浮机箱工作状态检测，以及以上两种被控装置运行状态的诊断检测。
3 中央控制逻辑
中央控制逻辑采用XILINX公司XC2S50芯片，利用10M晶振工作。这一模块是整个硬件结构上的核心单元，将空气弹簧、安装位置识别装置等多个模块集成到一个单元中，以提高效率。此外，该模块还包括三个主要子模块：空气弹簧 控制 逻辑、移位寄存器以及故障 诊 断 逻辑。
4 软件设计
软件设计遵循自顶向下的方法，每个模块都由VerilogHDL语言编写，并且各模块调用关系如图5所示。每个子模块都有明确的名称，如表2所示。在软件层面上，我们通过同步串行数据接口（MISO,CS_Sn,SCK）来传输16位位置码到主控DSP，而对于42位 diagnose 数据，我们则通过8位宽寄存器并使用地址A（1:3）分配地址以便于读取。
5 结语
本文利用FPGA成功实现了磁浮列车悬float 接口卡中的所有必要逻辑，使得两个关键被控装置——空气弹簧及其安装位置识别装置能够按照预定标准进行操作。此外，本设计还减轻了主控DSP负担，使其能专注于执行高级算法，从而提高整个系统效率。本项目已在高速磁float 列车上取得实际应用效果，为推广类似技术奠定基础。
