北京汽车
文章编号：1002-4581（2009）05-0034-03
连金江1，李晖2
Lian Jinjiang1，Li Hui2
（1.重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆400074；
2.重庆交通大学交通运输学院，重庆400074）
摘要：文中介绍了一种基于PCI总线的功率输出模块的设计。该模块以实现机械式自动变速器系统的功能为依托，为满足汽车电子控制系统开发平台对研发时间、设计能力及成本等因素的要求，整个系统采用PCI9052芯片，同时采用两块MC33186和一块VNH2SP30电机驱动芯片，并利用CPLD来实现控制逻辑，最后给出了仿真结果。
关键词：PCI总线；PCI9052；CPCI；CPLD
中图分类号：U463.6文献标识码：A
0引言
PCI总线是目前应用最广泛的一种高速总
线，它与CPU、时钟频率无关，并且可以支持突
发传送，可应用于各种平台装置开发。PCI总线
功率输出模块在电子控制系统开发装置中具有
十分重要的意义。它实现了电子控制系统的软硬
件并行开发，能节省研发成本，缩短研发周期，保
证产品性能。它的硬件部分按功能不同可划分为
相应的模块，有处理器模块、存储模块、信号采集
模块、功率模块和I/O模块，各模块在硬件平台
上通过PC机主板上的PCI总线[2]进行通信和数
据传输。文中详细地介绍了基于PCI总线的功率
输出模块实现过程，设计的功能模块可以实现机
械式自动变速器（Automated Mechanical Trans-
mission，AMT）系统的功能。
cip数据
1系统硬件结构与功能
功率模块在汽车电子控制器中用于按照处
理器发出的指令来驱动电机的运行，为了实现预
期的功能，在功率模块上使用了3个电机驱动芯
片驱动3个直流电机实现AMT系统对选挡、换
挡和离合器的控制。功率模块上的电机驱动芯片
所需要的控制信号由MCU模块上的微处理器
根据需要发出，并通过PCI总线传输到功率模块
上，控制电机的运转实现系统功能。功率模块结
构总体框架如图1。
图1功率模块框架图
1.1C P C I接口设计
由于本设计的功率模块接口需要经常插拔，
为了插拔方便，设计中采用CPCI接口进行插
拔。目前比较常用的PCI接口电路的实现方案有
两种[3]：①利用专门的PCI接口芯片；②用可编
程逻辑器件自行设计PCI接口。
综合考虑研发时间、设计能力及成本等因
素，选择目前市场上常用作PCI设备接口芯片的
PCI9052器件。该芯片是PLX公司生产的专用
PCI接口芯片，设计简单、功能强大、可靠性好，
并且成本低、通用性好。不仅可以节约开发时间，·基于PCI总线的功率输出模块设计·
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《北京汽车》2009.No.5
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缩短开发周期，在一定程度上也提高了电路性能，简化了电路的测试程序[4]。
1.2P C I 9052接口芯片
PCI9052作为总线目标接口芯片，可为非新华手机报
PCI 设备与PCI 总线提供数据通道。其引脚结构及接口连接如图2。
图2PCI9052引脚连接图
1.3E E P R O M 接口端连线
设计选择了Microchip Technology 公司生产
的低电压串行电擦写式可编程只读存储器，64×16位字架构的93LC46B 作为PCI9052配置EEPROM ，用于对PCI9052内部寄存器进行初始化和配置。PCI9052与EEPROM 的电路连接如图3。
图3EEPROM 引脚连接图
1.4局部端口连线
与PCI9052局部端相连的器件有EPF6010
ATC100-2和82C55A ，其中EPF6010ATC100-2为Altera 公司的可编程逻辑器件CPLD ，在模块中完成脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ，即PWM ）信号产生的功能；82C55A 为扩展并行接口芯片，在模块中用于对接口的扩展和信号的
锁存。PCI9052局部端引脚按功能可分为数据、
地址和控制信号[5]。1.5
P C I 9052的时序匹配
在整个电路设计过程中，时钟设计与各芯片之间的时序匹配是需要特别注意的问题。在功率模块的设计中，PCI9052与并行扩展接口芯片82C55A 之间就存在时序不匹配的问题，需要通过对PCI9052的内部寄存器进行配置来调节数据交易地址期和数据期，使PCI9052发出的地址数据信号能够满足82C55A 的时序要求。PCI9052与82C55A 的引脚连接如图4。
图4
PCI9052与82C55A
PCI9052局部端使用的时钟来自其LCLK 引脚产生的时钟，最高频率可达到40MHz 。由于82C55A 对数据的读写达不到如此高的速度，与PCI9052的高速数据读写不相匹配，设计中必须对PCI9052发出的信号周期进行适当调整，以满足82C55A 读写数据的要求。可以对PCI9052的寄存器进行配置，在数据交易期间插入等待状态来配合局部端器件82C55A 的数据读写，与其相关的信号有LRDYi#和WAITO#。PCI9052作为
局部总线上的主设备，通过WAITO#信号来发出内部等待状态，而局部设备也可通过延迟LRDYi#有效插入等待状态。1.6
驱动电路设计
电路设计中两块驱动芯片是负载电流为5A 的MC33186[6]和负载电流为30A 的VNH2SP30[7]。前者用于驱动额定功率只有10W 的节气门电机和选换挡电机，后者用于驱动大功率的离合器控制电机。所有的控制信号以及反馈信号由光电隔
·基于PCI 总线的功率输出模块设计·
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离器件6N137和HCPL2630进行隔离，使电机
驱动电路同其他电路完全隔离开。前者是单通
道，后者是双通道。将一次侧的电源和CPCI接
口上的电源引脚连接，二次侧的电源由LM7805
将12V电源转化为5V后单独供电，这样实现隔
离，从而保证驱动电路的大电流输出对其他电路
没有影响。
2C P L D逻辑控制设计
一般来说，完整的CPLD设计流程包括电路
设计与输入、功能仿真、综合、综合后仿真、实现、
布线后仿真与验证、板级仿真验证与调试等主要
步骤。文中研究的系统CPLD控制逻辑的电路设
计与输入就是采用Verilog HDL[8]硬件描述语言
设计输入。在设计中使用的仿真工具是Model
Tech公司的ModelSim[9]。优化、验证和调试均使
用的是Altera公司的综合开发工具QuartusⅡ[10]
软件内嵌的相应工具。实验得出逻辑设计功能仿
真图（图5）以及后仿真波形图（图6）。
图5逻辑设计功能仿真图
图6后仿真波形图
任何仿真或验证步骤出现问题，就需要根据
007余温之恋错误的定位返回到相应的步骤更改或者重新设
计。在CPLD设计中可以通过输入不同的周期
（或频率）和占空比，从而选择适当的控制方法，
最终实现PWM对电机的调速控制。
3结束语
文中主要介绍了PCI总线功率模块的实现
过程，并通过仿真结果可以看出，在CPLD设计
中可以通过输入不同的周期（或频率）和占空比，
来选择适当的控制方法，最终实现PWM对电机
的调速控制。在此基础上，以AMT系统为依
托，设计了开发装置硬件平台上功率输出功能模
块的CPCI板卡；在功率输出模块板卡设计过程
中，利用CPLD技术解决了PWM信号无法通过
PCI总线发送的问题，因此驱动电机的PWM信
号可以不依赖于处理器模块，使得板卡具有一定
的通用性，制作了功率输出模块的PCB板卡。
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李万疆
收稿日期：2009-06-29·基于PCI总线的功率输出模块设计·
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