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SupMAX800D控制系统DPU改进设计与实现

作 者: 文敏
导 师: 孙自强;朱强
学 校: 华东理工大学
专 业: 控制工程
关键词: 双口RAM PCI 9054 SupMAX800 ARM FPGA
分类号: TP273.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 14次
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内容摘要


集散控制系统现今已广泛应用于工业过程控制,各项技术都已非常成熟。同时,现今实际应用工况的更大型化、复杂化对集散控制系统的性能也提出了更高的要求。基于实际应用的客观要求,为提高SupMAX800D集散控制系统的市场竞争力,有必要、也必须对原800控制系统进行改造升级。本文以SupMAX800D集散控制系统DPU改进为课题,围绕实际应用提改进需求,研究DCS控制系统信号采集处理机制、ARM+FPGA模式在现在工控行业信号采集与处理中的应用、双口RAM在FPGA内部的实现以及多CPU协同处理;研究PCI 9054桥接芯片在PCI总线中的应用。论文在深入理解集散控制系统的组成原理的基础上,顺利完成了SupMAX800D集散控制系统DPU项目改进的具体软硬件实现过程,并实现能兼容SupMAX800C系统625Kbps通信,兼容SupMAX800D系统2.5Mbps通信。论文深入研究了项目中所涉及到的关键技术,阐述了ARM+FPGA设计模式在复杂信号处理系统设计中的优势,提出了SupMAX800控制系统DPU卡整体方案,详细介绍了DPU卡硬件电路设计,分析并完成了FPGA内部双口RAM的实现和PCI 9054接口控制逻辑设计。最终通过在系统中带FAO卡联调测试,验证了设计样机符合系统要求的性能指标。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 引言  10
  1.2 集散控制系统概述  10-12
    1.2.1 国内外集散控制系统发展现况  11
    1.2.2 国内典型DCS特点  11-12
    1.2.3 国外典型DCS特点  12
  1.3 集散控制系统硬件系统及其发展方向阐述  12-13
  1.4 课题来源及本文主要工作  13-14
第2章 SupMAX800控制系统介绍及相关技术研究  14-33
  2.1 引言  14-15
  2.2 SupMAX800控制系统介绍  15-19
    2.2.1 SupMAX800系统体系结构  15-16
    2.2.2 SupMAX800控制系统硬件组成  16-18
    2.2.3 SupMAX800控制系统软件  18-19
  2.3 SupMAX800C控制系统DPU改进方案  19-24
    2.3.1 SupMAX800C控制系统DPU主要技术特性  19
    2.3.2 DPU结构原理  19-20
    2.3.3 DPU改进方案  20-22
    2.3.4 主要器件选型  22-23
    2.3.5 DPU电源模块的修改  23-24
    2.3.6 FPGA的双RAM功能实现  24
  2.4 SupMAX800D控制系统DPU相关技术研究  24-32
    2.4.1 CORTEX_M3内核研究  24-27
    2.4.2 FPGA技术研究  27-31
    2.4.3 PCI总线协议研究  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 DPU硬件设计与实现  33-51
  3.1 引言  33
  3.2 DPU硬件总体设计  33-36
    3.2.1 主要器件选型  34-36
    3.2.2 注意问题  36
  3.3 MCU部分电路设计  36-41
    3.3.1 STM32芯片供电及复位设计  37-39
    3.3.2 STM32芯片启动模式配置  39-40
    3.3.3 STM32数据I/O口和Address口分配  40-41
  3.4 FPGA部分电路设计  41-44
    3.4.1 FPGA配置电路设计  41-43
    3.4.2 FPGA芯逻辑I/O分配设计  43-44
  3.5 PCI 9054部分电路设计  44-46
    3.5.1 DPU卡PCI 9054配置模式选择及EEPROM接口设计  44-46
    3.5.2 PCI 9054桥接芯片与Local Bus端硬件电路设计  46
  3.6 DPU板设计中的关键问题  46-50
    3.6.1 电源设计  46-48
    3.6.2 Clock和RESET信号设计  48-49
    3.6.3 通信接口设计  49
    3.6.4 PCB板设计要点  49-50
  3.7 本章小结  50-51
第4章 DPU软件设计与实现  51-67
  4.1 引言  51
  4.2 STM32芯片内部软件设计  51-54
  4.3 FPGA内部软件设计  54-66
    4.3.1 双口RAM及内部操作时钟的设计  54-57
    4.3.2 双口RAM旗语通讯逻辑功能Verilog实现  57-62
    4.3.3 PCI9054接口逻辑设计  62-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 改进后DPU卡带FAO卡转换时间测试  67-72
  5.1 引言  67
  5.2 测试环境搭建  67
  5.3 测试步骤  67-69
  5.4 测试结果分析及问题解决方法  69-71
  5.5 本章小结  71-72
第6章 全文总结与后期工作展望  72-74
  6.1 全文总结  72-73
  6.2 后期展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
作者攻读硕士学位期间发表的论文  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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