NTX-803硬件原理简介刘人杰

NTX-803硬件原理简介刘人杰第一页，共56页。系统总体框图综自系统规约变换MMIPC机调试打印机CPU1CPU2CPUnGPS对时脉冲GPSLON232232/4852015-5-292第二页，共56页。MMI板介绍高压保护通讯CPU板

TMS320C32-40M16MbitFLASHROM8MbitSRAM

支持彩色液晶双以太网，232/485LON网串行打印2015-5-293第三页，共56页。NTX-803插件回路通讯插件

该插件完成人机接口及后台通讯功能。通讯插件提供可用于就地打印的RS-232C串口及与保护管理机、变电站自动化系统的双通信接口(RS-485以太网口)等功能；其中RS-485接口可以扩展为以太网口。2015-5-294第四页，共56页。NTX-816端子定义2015-5-295第五页，共56页。NTX-803通讯测试

NTX-803通讯测试485通讯口测试a.进入【整定】→【装置参数】→【通信参数设置】统一将COM3∼COM4的波特率与奇偶校验分别设置为9600、偶校验。c.打开计算机通讯测试软件Comtest进行如下设置：波特率设置为“9600”，校验方法设置为“偶校验”，通讯口设置为“COM1”，其它设置为默认值。d.利用通讯测试软件Comtest调入通讯测试报文并发送（1040014116），能够正常接收报文（1020012116），则通讯正常。RS-232串口测试a.串口通讯接线采用2（收信）、3（发信）、5（地）通讯接线，对等的串口线应该是两端2、3对倒2015-5-296第六页，共56页。就地打印口测试

2015-5-297第七页，共56页。DCU5S5-2502015-5-298第八页，共56页。CPU与外部的基本通信方式有两种并行通信—数据各位同时传送串行通信一数据一位一位顺序传送2015-5-299第九页，共56页。在并行通信数据有多少位就需要多少根数据传送线。而串行通信只需要一对数据传送线，故串行通信能节省传送线，尤其是当数据位数很多和远距离数据传送时，这—优点更加突出。串行通信的主要缺点是传送速度比并行通信要慢在串行通信中，有二种基本的通信方式：1）异步通信 异步串行通信规定了字符数据的传送格式，即每个数据以相同的帧格式传送。如图21所示。每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。a.起始位：在通信线上没有数据传送时处于逻辑“l”状态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑“0”信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备，当接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。因此，起始位所起的作用就是表示字符传送开始。b.数据位：当接收设备收到起始位后，紧接着就会收到数据位。数据位的个数可以是5、6、7或8位的数据。在字符数据传送过程中，数据位从最小有效位（最低位）开始传送。c.奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶校验位。奇偶校验用于有限差错检测，通信双方在通信时须约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言，奇偶校验位是冗余位，但它表示数据的一种性质。这种性质用于检措，虽有限但很容易实现。d.停止位：在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止位。可以是1位或2位。停止位是一个字符数据的结束标志。在异步通信中，字符数据以图21所示的格式一个接一个的传送。在发送间隙，即空闲时，通信线路总是处于逻辑“1”状态（高电平），每个字符数据的传送均以逻辑“0”（低电平）开始。2015-5-2910第十页，共56页。串行数据发送操作

2015-5-2911第十一页，共56页。串行通讯接口电路实现串行通信方式的硬件电路称为串行通信接口电路芯片。从本质上讲，所有的串行接口电路都是以并行数据形式与CPU接口，而以串行数据形式与外部逻辑接口，它们的基本功能是从外部设备接收串行数据，转换成并行数据后传送给CPU，或者从CPU接收并行数据，转变成串行数据后输出给外部设备。串行通讯接口电路至少包括一个接收器和一个发送器，而接收器和发送器都分别包括一个数据寄存器和一个移位寄存器，以实现数据的CPU输出→并行→串行→发送或接收→串行→并行→CPU输入的操作。2015-5-2912第十二页，共56页。异步通讯单元TL16C554芯片

为了完成上下位机的通讯以及打印，网络对时等功能，我们800系列通讯插件选用了TL16C554芯片，TL16C554芯片是流行的TL16C550B的升级产品，它同时提供4个串行输入/输出接口，每一个通道独立的完成对外围器件和调制解调器接收的数据实行串行至并行的转换，并对CPU发送的数据实行并串转换。在ACE工作的任何时候DSP都可以读和报告ACE的状态，这些状态信息包括：正在进行传输的工作类型、工作状态以及遇到的任何错误条件。除此之外，ST16C554芯片还给用户提供了双向的并行数据口，该数据口完全支持Centronics类型打印机接口标准，并且包含可编程的片内波特率产生器，它能用1至2(16)-1的除数对基准时钟分频。2015-5-2913第十三页，共56页。TIL16c554异步串口通讯2015-5-2914第十四页，共56页。TL16C554具有如下的特点（1）片上带有有4个TL16C550异步通讯单（ACEs），NTX-803其中2个串口用作RS232使用，2个用作RS485串口。（2）串口的波特率可通过除数寄存器DLM、DLL来设置，除数寄存器值和波特率之间的换算公式如下：除数值＝输入频率÷（波特率×16）因为TL16C554的输入频率为：16MHZ，所以当波特率位9600时，DLM＝00H，DLL＝34H（3）16字节的FIFOS可以缩减CPU的中断时间（4）发送、接收、线路状态，数据设置中断各个通道相互独立2015-5-2915第十五页，共56页。（5）完全可编程的串行接口特性：——5、6、7、8位字符——奇、偶或无奇偶校验位产生和检测——1、1/2、2个停止位产生——波特率产生（直流至256K位/秒）（6）三态输出可以提供适用于双向数据总线和控制总线的TTL驱动能力。RS232/485引脚定义其中：RXD：RS232串口接收信号TXD：RS232串口发送信号A、B：RS485串口差分信号GND485：RS485地2015-5-2916第十六页，共56页。RS232和RS485通讯回路简图测试时，由PC机输出的RS232和RS485电平信号经电平转换芯片转换后输出为内部兼容的TTL电平或CMOS电平，经电光隔离后通过RXD引脚进入到串口控制器TL16C554中，经串口控制器处理后经TXD引脚输出对应信号返回至PC机。2015-5-2917第十七页，共56页。◆TL16C554与DSP之间的数据交换串口控制器在接受数据（RXD）时，接受移位寄存器RSR首先对输入的串行数据搜索起始位，正常后开始移位接受数据,然后送入到接受数据寄存器RBR，当接受数据寄存器中有组装好的数据字符后，将产生一个中断信号（INTA、INTB、INTC和INTD）通知DSP可以读取数据。由于DSP中断资源有限，DSP收到中断信号后需要间接的查询哪个串口产生中断。DSP通过CPLD使用片选信号（COM1-CS、COM2-CS、COM3-CS和COM4-CS）对四个串口控制器进行片选,利用读取信号（/RD），通过地址线A0、A1、A2对串口控制器中寄存器进行寻址操作，经过数据线（D0~D7)读取寄存器中的数据和状态信息，来确定是哪个串口产生了中断然后进行数据交换。2015-5-2918第十八页，共56页。◆TL16C554与DSP之间的数据交换当发送数据（TXD）时，串口控制器接受来自DSP送来的并行数据，保存于发送保持寄存器THR中,只要发送移位寄存器TSR没有正在发送数据，控制器就把发送保持寄存器的数据送到移位寄存器，并按照编程规定的格式和波特率，加入起始位、奇偶校验位和停止位，从串行数据输出端逐位输出。当发送数保持存器为空是，将产生一个中断信号通知DSP可以发送数据。2015-5-2919第十九页，共56页。MAX-232max232是一种把电脑的串行口rs232信号电平（-10，+10v）转换为单片机所用到的TTL信号点平（0，+5）的芯片2015-5-2920第二十页，共56页。MAX232原理MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。Max232与max202的区别：升压电容的取值。手册上202电容用0.1uF232电容用1uF2015-5-2921第二十一页，共56页。RS232(DB9)引脚定义1：DCD:载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。

2：RXD:此引脚用于接收外部设备送来的数据；在你使用Modem时，你会发现RXD指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。

3：TXD:此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使用Modem时，你会发现TXD指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。

4：DTR:数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。

5：GND:信号地；此位不做过多解释。

6：DSR:数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。

7：RTS:请求发送；此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。

8：CTS:清除发送；此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。

9：RI:Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定2015-5-2922第二十二页，共56页。IDT7132简介NTX-800设计了一种LonWorks智能节点，通过该节点能轻松实现现场节点与上位PC机或CAN控制设备之间的可靠、准确、快捷数据传递。同时针对神经元芯片和ARM芯片间双向数据信息交换的速度匹配和信息同步问题，提出了在节点中用双口RAM来充当不同网络通信过程中现场信息的接收、发送缓冲区，从而完成最近发送到达的交换数据的存储转发功能，缓解和避免了系统缓存紧张和瓶颈的产生。双口RAM芯片IDT7132内部结构IDT7132是美国IDT公司生产的2KB×8位、带BUSY信号的高速双端口CMOS静态RAM。CPU对IDT7132的读写时间小于120ns。当工作电源为+5V时IDT7132读写时的最大功耗为325mW，维持时仅为5mW。该存储器具有两个独立端口，各自均有一套相应的地址总线、数据总线和控制总线。地址总线宽度为11位，数据总线宽度为8位。使用时，允许两个端口独立、异步地对存储器中任何存储单元进行存取操作。2015-5-2923第二十三页，共56页。IDT7132的内

部结构如图所示。

2015-5-2924第二十四页，共56页。IDT7132双通道SRAM用于通讯数据与DSP系统数据交换回路，提高数据处理能力。2015-5-2925第二十五页，共56页。IDT7132该双口RAM的两个端口可以共享一个存储器列。在其使用过程中，当神经元芯片与系统分别对两个端口进行读写操作时，存在以下4情况：①两端口不同时对同一地址单元读写数据；②两端口同时对同一地址单元读数据；③两端口同时对同一地址单元写数据；④两端口同时对同一地址单元进行操作，一端口写数据，另一个端口读数据。对于第①、②两种情况，两个端口的读写操不会出现错误，属于非竞争模式；而对于第③、④两中情况，读写则会发生错误，因为其属竞争模式，其中第3种情况会发生写数据错误，4种情况则会发生读数据错误。因此，为了保证数据的正确性，在设计时，智能通讯节点应使用非竞争模式。Dsp系统主要完成复杂的数据处理及控制功能，这样就可以解决Neuron芯片内部资源紧张的问题。Neuron3150神经元芯片主要完成通信功能。它能将主处理器处理过的数据通过收发器发送到LON总线，也可以将LON总线上的消息接收至本节点。两者之间采用的双口RAM作为数据共享区2015-5-2926第二十六页，共56页。ＦＭ１８０８的内部结构框图图中，ＦＭ１８０８的３２ｋｂｙｔｅ存储器阵列被划分为３２块，每块是１ｋ×８，该１ｋ×８的每个块包括２５６行和４列，地址线Ａ０～Ａ７对行选择译码，Ａ８～Ａ９对列选择译码，由于每访问一行都将减少一次寿命，因此，采用此种排列方案可很容易地在一个块内均匀进行周期读写，例如２５６个字节的数据无须两次访问同一行即可被顺序访问，而一个完整的１ｋ×８被读或写仅需４个周期，图３给出了ＦＭ１８０８中一个１ｋ×８存储器块的结构图（存储器块４）。ＦＭ１８０８使用Ａ１０～Ａ１４高位地址线来选择３２个不同的存储器块，由于存储器每行不能超过块的界限，因此读写操作频率不同的数据应放在不同的块中。ＦＭ１８０８具有１００亿次的读写寿命，2015-5-2927第二十七页，共56页。FRAM的优点虽然电池后备SRAM是一个成熟的和已确立的方案，但它有很多缺点，这些缺点直接或间接地由于电池的存在，FRAM使用具有天然非易失性的存储机制，它不需要电池，这样就自然地避免了这样的缺点。使用SRAM加后备电池模组时，数据完整性应该受到质疑，它易受电击或震动的影响。如果电池松动，数据会丢失；另外负压或者是短暂的负脉冲加在信号脚上都会引起数据丢失，负压导致电流直接从电池流出，这些短暂的旁路可能大大的减弱或减少电池的容量，通常，没有办法监测电池容量，在掉电的瞬间加负压数据立即丢失。2015-5-2928第二十八页，共56页。FM18082015-5-2929第二十九页，共56页。什么是现场总线

Lonworks

现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。

现场总线技术，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制装置连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

2015-5-2930第三十页，共56页。LonWorks的神经元芯片简介神经元芯片主要包含MC143150和MC143120两大系列。3120xx芯片中包含E2PROM、RAM和ROM存储器；而3150芯片内部无ROM，但拥有访问外部存储器的接口，寻址空间可到达64KB，可用于开发工为复杂的应用。Neuron芯片的主要特点有：(1)高度集成，所有外部器件较少。(2)三个8位CPU，输入时钟可选择范围625Hz~10MHz。我们用的10MHZ(3)片上存储器。(4)11个可编程I/O引脚(有34种可选工作方式)。(5)两个16位的定时器/计数器。(6)15个软件定时器。(7)5个网络变量端口：单端方式、差分方式和专用方式。(8)固件包括：符合OSI七层协议的LonTalk协议；I/O驱动器程序；事件驱动多任务调度程序。2015-5-2931第三十一页，共56页。神经芯片结构1)神经芯片的硬件结构Lonworks智能节点和LonTalk通信协议是现场总线控制运行的根本智能节点支持分散化、智能化的特征；LonTalk通信协议满足了现场各智能节点之间无拥塞、快速安全的通信要求。神经芯片是智能节点的核心，它可以提供通信、控制、介质访问、I/O接口、I/O应用库、LonTalk协议、操作系统等软、硬件功能模块，并通过收发器实现与外部的通信.2015-5-2932第三十二页，共56页。神经芯片内部结构如图2015-5-2933第三十三页，共56页。神经芯片三个微处理器神经芯片的处理单元神经元芯片内部装有三个微处理器，分别为:MAC处理器(通信处理器)、网络处理器和应用处理器。MAC(通信处理器)处理器:完成了介质访问控制，即OSI七层协议的1和2层，其中包括了碰撞回避算法。它和网络处理器之间通过使用网络缓冲区达到数据的传送。网络处理器:完成OSI的3~6层网络协议，它处理网络变量、地址、认证、后台诊断、软件定时器、网络管理和路由等多个进程。网络处理器使用网络缓冲器与MAC处理器进行通信，也可以使用应用缓冲区和应用处理器进行通信；应用处理器:完成用户的编程。其中包括用户程序对操作系统的服务调用2015-5-2934第三十四页，共56页。FTT-10A自由拓扑双绞线收发器2015-5-2935第三十五页，共56页。FTT-10A收发器能自动检测5M、*10M*或20M三种时钟频率，它在未加电时呈现高阻状态，不会影响网络通信，是常用的收发器之一.ＦＴＴ－１０Ａ收发器主要由主体一个隔离变压器和一个78.125Kbps差分曼彻斯特编码器组成５Ｖ电源供电。ＮＥＴ－Ａ、ＮＥＴ－Ｂ是两个网络接口，此接口没有极性要求。ＲＸＤ、ＴＸＤ分别是数据接收和发送端口与CY7C53150相连。ＣＬＫ为收发器时钟输入端由10M晶振提供。稳压二极管则用来提供钳位和瞬时电压保护二极管作用为暂态限幅，保证收发器静态放电安全可靠，一般使用IN4148。2015-5-2936第三十六页，共56页。目前常用的串行通信接口有RS-232RS-422/4852015-5-2937第三十七页，共56页。MAX-2322015-5-2938第三十八页，共56页。MAX4912015-5-2939第三十九页，共56页。以太网接口芯片RTL8019ASRTL8019AS是REALTEK公司生产的高集成度专用以太网接口芯片，能简单地实现PlugandPlay(即插即用)并兼容NEZ000。它具有曼彻斯特编码、冲突检测和重发的功能，支持PNP自动探测，内嵌16KB的SRAM，具有全双工的通信接口，可以通过交换机在双绞线上同时发送和接收数据，使传输带宽从10Mbit/s珑增加到2OMbit/s，是用来进行以太网通信的理想芯片。2015-5-2940第四十页，共56页。RTLSO19AS按数据链路的不同，RTLSO19AS内部可分为远程DMA通道和本地DMA通道。本地DMA完成控制器与网线的数据交换，本地DMA操作由控制器本身完成;远程DMA操作下，数据能自动移动至主处理器的内存中，它的操作机制是这样的:主处理器先赋值于远程DMA的起始地址寄存器RSARO、RSARI和字节计数器RBCRO及RBCRI，然后在RTL8019AS的DMAI/O地址上读写指定地址上的数据主处理器收发数据只需对远程DMA操作。当主处理器要向网上发送数据时，先将一帧数据通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区，然后发出传送命令。RTL801gAS接收到数据后，通过MAC比较、CRC校验，由FIFO存到接收缓冲区，收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知主处理器2015-5-2941第四十一页，共56页。RTL8o19AS的工作原理框图如图所示。在图中，接收逻辑在接收时钟的控制下，将串行数据拼成字节送到FIFO和CRC;发送逻辑将FIFO送来的字节在发送时钟的控制下按位移出，并送到CRC;CRC逻辑在接收时对输入的数据进行CRC校验，将结果与帧尾的CRC比较，如不同，该帧数据将被拒收，在发送时CRC对帧数据产生CRC校验，并附加在数据尾发送;地址识别逻辑对接收帧的目的地址与预先设置的本地物理地址进行比较，如不同且不满足广播地址的设置要求，该帧数据将被拒收;FIFO逻辑对收发的数据作16个字节的缓冲，以减少对本地DMA请求的频率。2015-5-2942第四十二页，共56页。RTL8019AS内置的16KB的SRAM

RTL8019AS内置的16KB的SRAM可划分为接收缓冲和发送缓冲两个部分。缓冲以页为单位，每页256个字节，16KBSRAM的页范围规定在Ox4O一0x80，PSTARTPSTOP寄存器来设定接收缓冲页的范围;由RSARO、1和RBCRO、1寄存器来设定发送缓冲页的范，CURR指向接收到的帧的起始页，BOUNDARY指向还未读的帧的起始页。当CURR到达了接收缓冲页的底部，即与PSToP相等时，CURR又会自动指向到PSTART处。2015-5-2943第四十三页，共56页。与DMA有关的寄存器如图所示2015-5-2944第四十四页，共56页。通讯部分：一．LON网通讯原理:CPU板LON网是接口板与CPU通讯的桥梁。在一定时间内，若通讯回路未接收到任何信息，报通讯中断，不闭锁保护。2015-5-2945第四十五页，共56页。二常见问题：A:CPU不能登录;B:CPU通讯不上2015-5-2946第四十六页，共56页。.故障定位：A类故障绝大部分问题出在U17【29EE010】上，更换芯片或管座即可。B类故障先看LED2灯是否正常【正常情况应该上电时LED2灯闪一下随即灭】如果常亮现更换U17的LON程序或芯片，如果亮灭不停则可能U16【MC43150FU】有问题。此时查看U16—28,29是否有3V波形，如果正常则可能CPLD选控，读写U16—14,15有问题,如果LON指示也正常，则可能U3收发器有问题。2015-5-2947第四十七页，共56页。TM320VC32(微处理器模式)存储器映射

TM320VC32微处理器模式存储器映射NTX-816应用0H复位矢量01H~7FFFFFH外部存储器STRB0有效（8.192M字）STRB0-B0由CPLD译码后选通

000000H-03FFFFHFLASHAM29F800B2X(256KX32)（存放程序）800000H~807FFFH保留位（32K字）808000H~8097FFH外设总线存储器映射寄存器（6K）809800H~80FFFFH保留位（26K字）810000H~82FFFFH外部存储器IOSTRB0有效（8.192M字）IOSTRB由CPLD译码后选通817800H-81E800HLONRAM29EE010(32KX8)（存放LONTALK协议固件和应用程序）818000H-81FFFFHNVSRAMDS1644-120(32KX8)（存放定值.报告）820000H-82FFFFHVRAM显存64KX8830000H~87FDFFH保留位（319.5K字）87FE00H~87FEFFHRAM块0（256字内部）87FF00H~87FFFFHRAM块1（256字内部）880000H~8FFFFFH外部存储器STRB0有效（512K字）900000H~FFFFFFH外部存储器STRB1有效（8.192M字）STRB1-B0900000H-93FFFFHSRAMCY7C10412X(256KX32)(实时运行数据)2015-5-2948第四十八页，共56页。DSP320C32内部结构2015-5-2949第四十九页，