[发明专利]一种基于CAN总线的频率信号产生方法及电路

说明书

技术领域

本发明属于一种波形信号产生方法及电路，特别是属于一种基于CAN总线 的机车微机控制系统测试装置频率波形信号产生方法及电路，主要用于机车微 机控制系统测试装置。

背景技术

铁路机车微机控制系统测试台功能之一就是用于产生模拟机车各种工况 环境，产生各种模拟量、数字量、频率量等信号，其中频率量主要用于模拟机 车速度、发电机转速、电动机转速、通风机转速、柴油机转速等。现有机车微 机控制系统测试装置频率量信号产生方式有两种：一种是采用模拟电路，通过 旋钮开关调节电位器，产生相应电平信号，然后通过压频转换电路将电压信号 转换成频率信号；二是采用DA(数/模转换)的方法产生频率波形，而采用DA 方式一般分为FPGA+DA或CPU+DA两种形式。

因为频率量信号产生方法不同与其他波形信号产生方法需要每个周期均 刷新数据，特别当产生的频率信号变化范围比较大时，如1～10KHz，则普通采 用CPU用DA(数/模转换)输出方法产生波形的形式并不符合高精度、路数多的 要求。采用CPU用DA输出方法只适合产生信号变换比较缓慢的场合，如普通模 拟量输出(电压信号、4～20mA信号等)。

采用现有频率信号产生方法存在如下问题：①在信号给定环节，因为采用 模拟电路无法给定精确的频率信号基准，只能靠通过旋钮开关调节电位器来给 定频率信号；②实际产生的频率信号与给定的信号基准无法进行比较，也无法 实现闭环控制，必须依靠人为测量、计算才能判断是否准确；③产生的频率信 号精度不高，波动范围大，当频率达到3000HZ以上时，跳跃比较大(即稍微调 节电位器频率就有很大变化)；④采用CPU+DA的形式产生的频率波形频率范 围比较窄，不符合要求；⑤采用FPGA+DA的形式产生频率波形则成本高，输 出路数比较少(每路频率需要一路DA通道)，并且要定时刷新，算法比较复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有频率信号产生方法存在的不足，提供一 种基于现场总线的数字化频率信号产生方法及装置，所产生的频率信号可直接 通过微机设定，应具有精度高、误差小、频率变化范围大、成本低、输出频率 路数多等特点，并便于实现闭环控制等特点。该方法通过现场总线接收频率给 定信号，通过FPGA等可编程器件产生相应的频率信号，并无需采用DA芯片。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于CAN总线的频率量信号产生 方法，由CAN通信子系统实现与上位机通信，接收频率量给定数据，CAN通信 子系统实现CAN总线管理并将接收到的频率量给定数据通过CPU子系统分地址 写入FPGA片内RAM，FPGA首先将内部RAM频率量给定数据转换为分频系数， 然后根据分频系数在相应通道产生频率信号，电平转换与放大电路将FPGA产生 的频率信号进行驱动与放大，将LVCMOS(低电压CMOS电路)电平转换任意电 平频率波形信号以适用不同场合需求，同时可通过CAN子系统将CPU子系统及 FPGA子系统运行状态、各通道频率值反馈给上位机以便实现闭环控制。

上述基于CAN总线的频率量信号产生方法采用如下电路连接方式：由CAN 通信子系统、CPU子系统、FPGA(现场可编程逻辑阵列)子系统、电平转换及 放大子系统等电路组成；CAN通信子系统的入口与上位机进行通讯连接，并将 通信信号首先连接CAN总线收发器，然后经光电隔离后连接至CAN通信控制器； 再由CAN通信控制器将相应数据、地址、控制总线连接至CPU子系统的CPU处 理器；CPU部分IO(输入/输出口)端口连接至FPGA(现场可编程逻辑阵列) 子系统，使CPU可以通过这些端口实现对FPGA数据的写入/读出；FPGA频率输 出IO连接至电平转换与放大子系统的数据缓冲，对频率量信号进行相应数据缓 冲，再由数据缓冲接至信号放大环节，将信号进行放大调整后输出频率信号。

其中：

CAN子系统实现频率量发生插件与上位机的通信，接收频率量给定数据， 由总线收发器、通信控制器、光电隔离及接口保护电路组成，为了提高CAN通 信的可靠性，CAN通信子系统采用了两套完全相同的电路组成热备份冗余控制， 当一路CAN通信受干扰或失败时自动切换到另一路。