激光电源中央控制器系统的通信设计

激光设备的电源系统在整个激光系统中扮演着至关重要的角色，是整个系统的能量之源．激光设备中的电源必须以高效率、高可靠性、工作寿命长等优良特性来履行其系统心脏的任务．而激光电源系统的中央控制器是连接上级与下级的纽带，它承担通信任务，在整个系统中至关重要．本文的激光电源中央控制器针对不同的通信对象、不同的通信任务采用了不同的通信方式使整个电源系统能够稳定、准确、快速地反应和工作．
 
激光自备电源中央控制器通信系统
激光自备电源系统框图见图１．中央控制器是整个系统的中枢，为了实现对系统的实时监测与控制，必须保证内部各器件间正常的通信工作，以及与总控和下级各模块之间的快速、稳定、准确的通信．中央控制器核心控制部分框图见图２，其中内部的通信包括ＤＳＰ与ＥＥＰＲＯＭ的ＳＰＩ通信和ＤＳＰ与ＦＰＧＡ之间的总线通信．外部通信分为三类，一是中央控制器与总控的ＲＳ４８５通信；二是中央控制器ＣＰＵ与下级模块ＣＰＵ间的ＣＡＮ通信；三是中央控制器ＣＰＵ与下级模块ＣＰＵ间的Ｉ／Ｏ通信．由于中央控制器与总控和下级模块间存在较远的距离，为了防止信号受到干扰，保证信号的准确性，必须进行全隔离． ＤＳＰ与ＥＥＰＲＯＭ的通信
系统的一些状态参数不仅要在线修改，并且要求这些修改过的参数在断电后能够继续保持，以备下次上电时恢复系统的状态．由于系统Ｉ／Ｏ紧张，所以采用了只需要４根线的ＳＰＩ通信ＥＥＰＲＯＭ，２５ＬＣ２５６来完成在线参数以及数据存储．其硬件连接电路见图３。 ＤＳＰ与ＦＰＧＡ的通信
整个电源系统较为庞大，单由一块ＣＰＵ很难实现对整个系统的监控，故选择了一块管脚较多的ＦＰＧＡ作为协处理器．它们之间主要是通过ＤＳＰ２８３３５的地址总线和数据总线进行通信．其连接原理见图４。 中央控制器与下级模块的ＣＡＮ通信
由于系统中具有多个下级模块，故采用ＣＡＮ总线．ＣＡＮ总线是一种串行通信协议，具有较高的通信速率和较强的抗干扰能力，可以作为现场总线应用于电磁噪声比较大的场合，尤其适合本系统的通信．其硬件电路连接见图５。 中央控制器与总控的ＲＳ４８５通信
ＲＳ－４８５采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力．加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至２００ｍＶ的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复． 中央控制器与下级模块的Ｉ／Ｏ通信
中央控制器与各模块之间紧急用通信，如故障通信等，采用Ｉ／Ｏ口直接通信的方式（图７）．由于通信距离较远，且通信信号要求充分准确，所以必须进行隔离控制。 激光电源中央控制器各类通信的软件实现
ＤＳＰ与２５ＬＣ２５６通信的软件实现
２５ＬＣ２５６有一个８位的指令寄存器，通过ＳＰＩ总线访问，指令寄存器写不同的指令，告知２５ＬＣ２５６将要进行的操作，然后读取或者写入数据．其读取数据的时序见图８． ＲＳ４８５通信软件的实现
由ＤＳＰ２８３３５的ＳＣＩ接口，通过专用的ＲＳ４８５电平转换芯片，即可达到ＲＳ４８５总线通信的目的．本系统由设置ＤＳＰ的ＳＣＩ模块寄存器，每一帧由一个起始位、８个数据位、一个停止位组成，采用９６００的波特率进行数据传输． ＣＡＮ通信软件实现
ＤＳＰ２８３３５的ｅＣＡＮ模块与ＣＡＮ２．０Ｂ协议完全兼容；总线通信率可达１Ｍｂｐｓ；拥有３２个邮箱，均可配置为接收或者发送，支持的数据位由０～８个字节组成． 结论
针对激光电源系统中央控制器内部以及与外界模块之间不同的通信对象以及不同的通信目的，分别采用了ＳＰＩ、总线、ＲＳ４８５、ＣＡＮ和Ｉ／Ｏ通信的方式，本文分别讲述了它们的硬件和软件的实现方法，从而使中央控制器能够很好地履行系统纽带的作用，保证了整个系统的稳定、准确和快速性．