USB在基于DSP的励磁控制器中的应用研究
摘要
励磁控制装置是发电机的主要控制装置之一,对于提高电力系统的稳定性及其动态品质有着重要的作用。随着电力系统的发展,不但对励磁控制装置的性能指标提出了更高的要求,而且现场工程师也对励磁控制装置调试接口的简单性和易用性提出了新的要求。本文根据这种要求,针对一个基于新型DSP芯片的励磁控制器,对USB接口的开发进行了研究。
本论文首先对励磁控制技术及励磁控制器的通讯方式进行了分析,指出了励磁控制器对DSP技术和USB通讯方式的需求。其次,作为设计USB设备必需的工作,本文对USB2.0规范进行了较深入的研究。最后,也就是论文的主要工作,本文针对基于新型DSP芯片的励磁控制装置,在对不同的USB设计方案进行比较的基础上,选择了一种合适的开发方案,并分三个章节,分别较详细的论述了DSP和USB接口实现的硬件方案、在DSP芯片的软件开发环境下完成的固件编程、驱动程序开发的技术以及PC端应用程序编程的方法和步骤等内容。
本论文对USB设备开发的各方面技术进行了研究,并针对一个基于DSP的励磁控制器,给出了具体和完整的实现。所讨论的USB开发技术,对其他的基于DSP的控制装置的USB接口开发也有一定参考意义。
The excitation control system is one of the most important control systems of a generator. It has great effect on the stability and the dynamic quality of the power systems. With the development of power systems, it requires higher control precision of the excitation control system. And the engineer requires the excitation control system to have a simpler interface. According to this requirement, this paper studies the application of USB in an excitation controller based on DSP.
Firstly, this paper analyzes the control and communication technology of the excitation control system, and points out the excitation controller’s requirement to DSP and USB. Secondly, as an essential work, this paper studies the USB2.0 protocol. Finally, and which is the central work, the paper gives a solution of the application of USB for an excitation controller based on DSP. It compares the solutions of USB interface, selects a fit one, and discusses the hardware solution, the firmware solution, the driver solution, and the software solution in PC. All the solutions are discussed in 3 chapters in this paper.
This paper not only studies the design technologies of USB, but also gives a complete reach of USB interface for an excitation control system based on DSP. The technologies discussed in the paper may be also useful to other development of USB interface.
本论文首先对励磁控制技术及励磁控制器的通讯方式进行了分析,指出了励磁控制器对DSP技术和USB通讯方式的需求。其次,作为设计USB设备必需的工作,本文对USB2.0规范进行了较深入的研究。最后,也就是论文的主要工作,本文针对基于新型DSP芯片的励磁控制装置,在对不同的USB设计方案进行比较的基础上,选择了一种合适的开发方案,并分三个章节,分别较详细的论述了DSP和USB接口实现的硬件方案、在DSP芯片的软件开发环境下完成的固件编程、驱动程序开发的技术以及PC端应用程序编程的方法和步骤等内容。
本论文对USB设备开发的各方面技术进行了研究,并针对一个基于DSP的励磁控制器,给出了具体和完整的实现。所讨论的USB开发技术,对其他的基于DSP的控制装置的USB接口开发也有一定参考意义。
The excitation control system is one of the most important control systems of a generator. It has great effect on the stability and the dynamic quality of the power systems. With the development of power systems, it requires higher control precision of the excitation control system. And the engineer requires the excitation control system to have a simpler interface. According to this requirement, this paper studies the application of USB in an excitation controller based on DSP.
Firstly, this paper analyzes the control and communication technology of the excitation control system, and points out the excitation controller’s requirement to DSP and USB. Secondly, as an essential work, this paper studies the USB2.0 protocol. Finally, and which is the central work, the paper gives a solution of the application of USB for an excitation controller based on DSP. It compares the solutions of USB interface, selects a fit one, and discusses the hardware solution, the firmware solution, the driver solution, and the software solution in PC. All the solutions are discussed in 3 chapters in this paper.
This paper not only studies the design technologies of USB, but also gives a complete reach of USB interface for an excitation control system based on DSP. The technologies discussed in the paper may be also useful to other development of USB interface.
引文
[1] 张文生,励磁调节器最新技术及其展望, 电力建设,2002,10, 59-61.
[2] 王华君, 中国水电机组励磁装置的技术现状及发展趋势,电器工业,2002,09,30-32.
[3] 刘志宏, 杨红, 郭景斌, 发电机静止励磁系统特点及存在问题的探讨,湖南电力,2002,04,4-7.
[4] 胡凌燕,辛勇,项安,基于变参数控制的谐波励磁发电机电压调节器, 89-91.电力系统自动化,2003,22.
[5] 余剑锋,陈树棠,采用 87C196KD 和 PSD813F1 的微机励磁设计,电气传动自动化,2003,06,46-48.
[6] 黄革新,黄崇明,潘开灵,孙捷,同步机励磁单片机控制系统,自动化与仪表,1997,03,39-43.
[7] 崔晶,刘和平,郑连清,江渝,基于 PIC 单片机的同步电动机新型智能励磁控制系统的设计,电子设计应用,2003,11,51-53.
[8] 张丽,吴世林,马增禄,沈东,STD-V20 工控机构成的同步发电机励磁智能控制器,云南电力技术, 1997,04, 47-50.
[9] 兰飞,陈向东, PLC 在同步发电机励磁调节器中的应用,广西电业,2002,01,98-100.
[10] 秦承志,杨俊友,孙荣斌,基于 PLC 的同步发电机励磁调节器研究,沈阳电力高等专科学校学报,2002,04,10-13.
[11] 崔皆凡,吴茂刚,王成元,基于 PLC 的同步发电机无刷励磁调节系统的设计,沈阳工业大学学报,2003,04,288-289.
[12] 张利敏, 丁坚勇, 嵌入式技术及其在电力系统中的应用,单片机与嵌入式系统应用,2002,01,13-16.
[13] 杜海江,石新春,基于 C2000 系列 DSP 的数字电机控制研究与实践,电气电子教学学报,2002,05,61-63.
[14] 曾洪涛,李朝晖,吴祚滨,石雨涛,李显彤,高可靠智能型工业微机励磁调节器的研制,水电能源科学,2000,02,38-40.
[15] 高辉,崔文进,谢小荣,胡东辰,基于 DSP 的电力系统分散励磁控制及其动模试验,清华大学学报(自然科学版),2003,03,353-356.
[16] 张波涛,胡安,肖飞, 陶纲领, DSP 和 FPGA 构成的 3/3 相双绕组感应发电机励磁控制系统,电子技术应用,2003,09,34-36.
[17] 项安,何建峰,季国瑜,胡凌燕,朱更军,DSP 控制的谐波励磁同步发电机电压调节器的研制,微处理机,2003,04,14-17.
[18] 王兴伟,林桦,苏伟,寿海明,基于 DSP 的同步电动机数字式励磁调节器,电机电器技术,2003,06,13-16.
[19] 李健,60MW 发电机励磁调节装置的更新改造,热力发电,2003,03,72-74.
[20] 纪少华,桂斌,项安,徐敏,无刷交流同步发电机励磁系统的 DSP 控制,电子产品世界,2002,Z2, 48-50.
[21] 张利敏,丁坚勇,嵌入式技术及其在电力系统中的应用,继电器,2002,03, 43-46.
[22] 齐继阳,王治森,汤阳,USB 接口设计及其在工业控制中的应用,制造业自动化,2002,11,9-12.
[23] 于洋,USB 接口在粮仓自动测温系统中的应用,电子技术,2002,11,11-14.
[24] 李颖,郑相启,刘金刚,USB 设备与 PC 机之间的通信机制的实现技术研究,微电子学与计算机,2002,08,45-48.
[25] Universal Serial Bus Specification,Compaq,Hewlett-Packard,Intel,Lucent,Microsoft,NEC,Philips,Revision 2.0,April 27, 2000.
[26] 王凯,陈泳章,通用串行总线(USB)数据传输模型,计算机工程与设计,2002,10,50-53.
[27] 吕扬,陈露晨,顾雪琳,USB 总线协议信息包分析,微型机与应用,2002,01,28-29.
[28] 张萍, USB 总线及其接口设计实现方法分析,红外 2002,04,14-19.
[29] 李业德,王振友,带 USB 接口的发动机点火波形测量系统,单片机与嵌入式系统应用,2002,07, 59-62
[30] Cruickshank, H, Sun, Z, Fan, Z, Universal serial bus implementation in an integrated access chip for ISDN systems, Communications, IEE Proceedings.
[31] 金月寒 , 刘文耀 , 郑伟 , 郝永杰, 采用 FT8U245AM 实现 DSP 并行数据的高速 USB 传输,2002,12, 25-26.
[32] 温阳东, 杨兴明, 基于 TMS320C2F206 和 USB 的数据采集处理系统,合肥工业大学学报(自然科学版),2002,04, 521-523.
[33] 陶峻 , 潘亚涛 , 陈健, 基于 DSP 的 USB 传输系统的实现,电子技术,2002,03, 56-59.
[34] 邹霞, 黄忠虎, 张雄伟, 基于 USB 接口实现 DSP 芯片和主机的通信,军事通信技术, 2002,04.
[35] 胡宏宇,顾越洲, 刘斌, 基于 TMS320C55x DSP 的 USB 通信研究与固件,设计电测与仪表,2002,08,58-61.
[36] 李培玉 ,钱曙光,基于 DSP 的 USB 口数据采集分析系统,电子技术应用 2002,11,9-11.
[37] 汤金宽,吴裕冰,曹丹华,基于 DSP 平台的 USB 接口设计[J],单片机与嵌入式系统应用,2003,12,32-36.
[38] 苏彦锋,衣晓峰,周荣政,刘军,洪志良,USB 外设接口的 FPGA 实现,微电子学与计算机,2002,12,39-42.
[39] 尹罗生,吉吟东,孙新亚,朱善君,一种 USB 外设的实现方法,计算机工程,2002,07, 207-209.
[40] 周 彤 , 魏 义 祥 , 基 于 USB 传 输 的 多 道 分 析 器 系 统 程 序 设 计 , 核 电 子 学 与 探 测 技术,2002,04,308-400.
[41] Chris Cant,Windows WDM 设备驱动程序开发指南,2000,1,机械工业出版社,北京.
[42] 胡晓军,开发 WDM 型 USB 设备客户驱动程序,中国数据通信,2002,02,51-53.
[43] 樊巍,高有行,通用串行总线的开发设计,计算机工程与设计,2002,09,48-51.
[44] 王洪,顾本斗,USB 设备的开发,计算机工程与设计 2002,03,61-63.
[45] 邵同震,孙光民,嵌入式系统中 USB 总线驱动的开发及应用,计算机应用研究,2002,12,93-96.
[46] 陈军,胡瑞敏,李红,基于 USB 总线复合设备的设计,计算机工程与应用,2002,23,114-116.
[47] 刘少峰,韦克平,USB 软件系统的开发,计算机应用研究,2002,03,102-104.
[48] 颜荣江,阴大兴,基于 EZ-USB 的数据采集与控制,单片机与嵌入式系统应用,2002,03,46-49.
[49] 蔡有元 , 汤健彬, 金建祥 , 用 DriverWorks 开发 USB 设备驱动程序自动化仪表, 2002,12,15-17.
[50] (美)Bruce Echel 著,刘宗田等译,C++编程思想,2002,2,机械工业出版社,北京.
[51] 李照洲, 黄俊梅, 杨世植, TMS320VC5410 DSP 中 USB 客户驱动程序开发与实现,计算机应用,2002,06, 117-119.
[52] 胡晓军 , 杨正新 , 郜业猛 , 于世江, USB 软件加密卡及其驱动程序的设计与开发,电子工程师,2002,08,7-9.
[53] 李照洲,黄俊梅,杨世植,TMS320VC5410 DSP 中 USB 客户驱动程序开发与实现,计算机应用,2002,06,117-119.
[54] 常满波,基于 USB 的数据采集系统设计与实现,工业控制计算机,2002,10, 32-33.
[55] 李志伟,基于 USB 的航空检测数据采集系统的设计,计算机应用研究,2002,11,96-98.
[56] 蒋新胜,王永风,马光彦,李华兵,基于 USB 接口的便携式故障诊断系统,仪器仪表学报,2002,S1,240-241.
[57] 于洋,USB 接口在粮仓自动测温系统中的应用,电子技术,2002,11,11-14.
[58] 赵谦,庄奕琪,郑立,无线 USB 的设计与实现,半导体技术,2003,08,65-68.
[59] 马伟 , 邵贝贝, OTG 补充协议开辟 USB 的新篇章,电子产品世界,2002,11, 68-69.
[60] 杨日杰,李淑华,王日宏,StrongARM 及其嵌入式应用平台,单片机与嵌入式系统应用,2002,07, 31-33,
[2] 王华君, 中国水电机组励磁装置的技术现状及发展趋势,电器工业,2002,09,30-32.
[3] 刘志宏, 杨红, 郭景斌, 发电机静止励磁系统特点及存在问题的探讨,湖南电力,2002,04,4-7.
[4] 胡凌燕,辛勇,项安,基于变参数控制的谐波励磁发电机电压调节器, 89-91.电力系统自动化,2003,22.
[5] 余剑锋,陈树棠,采用 87C196KD 和 PSD813F1 的微机励磁设计,电气传动自动化,2003,06,46-48.
[6] 黄革新,黄崇明,潘开灵,孙捷,同步机励磁单片机控制系统,自动化与仪表,1997,03,39-43.
[7] 崔晶,刘和平,郑连清,江渝,基于 PIC 单片机的同步电动机新型智能励磁控制系统的设计,电子设计应用,2003,11,51-53.
[8] 张丽,吴世林,马增禄,沈东,STD-V20 工控机构成的同步发电机励磁智能控制器,云南电力技术, 1997,04, 47-50.
[9] 兰飞,陈向东, PLC 在同步发电机励磁调节器中的应用,广西电业,2002,01,98-100.
[10] 秦承志,杨俊友,孙荣斌,基于 PLC 的同步发电机励磁调节器研究,沈阳电力高等专科学校学报,2002,04,10-13.
[11] 崔皆凡,吴茂刚,王成元,基于 PLC 的同步发电机无刷励磁调节系统的设计,沈阳工业大学学报,2003,04,288-289.
[12] 张利敏, 丁坚勇, 嵌入式技术及其在电力系统中的应用,单片机与嵌入式系统应用,2002,01,13-16.
[13] 杜海江,石新春,基于 C2000 系列 DSP 的数字电机控制研究与实践,电气电子教学学报,2002,05,61-63.
[14] 曾洪涛,李朝晖,吴祚滨,石雨涛,李显彤,高可靠智能型工业微机励磁调节器的研制,水电能源科学,2000,02,38-40.
[15] 高辉,崔文进,谢小荣,胡东辰,基于 DSP 的电力系统分散励磁控制及其动模试验,清华大学学报(自然科学版),2003,03,353-356.
[16] 张波涛,胡安,肖飞, 陶纲领, DSP 和 FPGA 构成的 3/3 相双绕组感应发电机励磁控制系统,电子技术应用,2003,09,34-36.
[17] 项安,何建峰,季国瑜,胡凌燕,朱更军,DSP 控制的谐波励磁同步发电机电压调节器的研制,微处理机,2003,04,14-17.
[18] 王兴伟,林桦,苏伟,寿海明,基于 DSP 的同步电动机数字式励磁调节器,电机电器技术,2003,06,13-16.
[19] 李健,60MW 发电机励磁调节装置的更新改造,热力发电,2003,03,72-74.
[20] 纪少华,桂斌,项安,徐敏,无刷交流同步发电机励磁系统的 DSP 控制,电子产品世界,2002,Z2, 48-50.
[21] 张利敏,丁坚勇,嵌入式技术及其在电力系统中的应用,继电器,2002,03, 43-46.
[22] 齐继阳,王治森,汤阳,USB 接口设计及其在工业控制中的应用,制造业自动化,2002,11,9-12.
[23] 于洋,USB 接口在粮仓自动测温系统中的应用,电子技术,2002,11,11-14.
[24] 李颖,郑相启,刘金刚,USB 设备与 PC 机之间的通信机制的实现技术研究,微电子学与计算机,2002,08,45-48.
[25] Universal Serial Bus Specification,Compaq,Hewlett-Packard,Intel,Lucent,Microsoft,NEC,Philips,Revision 2.0,April 27, 2000.
[26] 王凯,陈泳章,通用串行总线(USB)数据传输模型,计算机工程与设计,2002,10,50-53.
[27] 吕扬,陈露晨,顾雪琳,USB 总线协议信息包分析,微型机与应用,2002,01,28-29.
[28] 张萍, USB 总线及其接口设计实现方法分析,红外 2002,04,14-19.
[29] 李业德,王振友,带 USB 接口的发动机点火波形测量系统,单片机与嵌入式系统应用,2002,07, 59-62
[30] Cruickshank, H, Sun, Z, Fan, Z, Universal serial bus implementation in an integrated access chip for ISDN systems, Communications, IEE Proceedings.
[31] 金月寒 , 刘文耀 , 郑伟 , 郝永杰, 采用 FT8U245AM 实现 DSP 并行数据的高速 USB 传输,2002,12, 25-26.
[32] 温阳东, 杨兴明, 基于 TMS320C2F206 和 USB 的数据采集处理系统,合肥工业大学学报(自然科学版),2002,04, 521-523.
[33] 陶峻 , 潘亚涛 , 陈健, 基于 DSP 的 USB 传输系统的实现,电子技术,2002,03, 56-59.
[34] 邹霞, 黄忠虎, 张雄伟, 基于 USB 接口实现 DSP 芯片和主机的通信,军事通信技术, 2002,04.
[35] 胡宏宇,顾越洲, 刘斌, 基于 TMS320C55x DSP 的 USB 通信研究与固件,设计电测与仪表,2002,08,58-61.
[36] 李培玉 ,钱曙光,基于 DSP 的 USB 口数据采集分析系统,电子技术应用 2002,11,9-11.
[37] 汤金宽,吴裕冰,曹丹华,基于 DSP 平台的 USB 接口设计[J],单片机与嵌入式系统应用,2003,12,32-36.
[38] 苏彦锋,衣晓峰,周荣政,刘军,洪志良,USB 外设接口的 FPGA 实现,微电子学与计算机,2002,12,39-42.
[39] 尹罗生,吉吟东,孙新亚,朱善君,一种 USB 外设的实现方法,计算机工程,2002,07, 207-209.
[40] 周 彤 , 魏 义 祥 , 基 于 USB 传 输 的 多 道 分 析 器 系 统 程 序 设 计 , 核 电 子 学 与 探 测 技术,2002,04,308-400.
[41] Chris Cant,Windows WDM 设备驱动程序开发指南,2000,1,机械工业出版社,北京.
[42] 胡晓军,开发 WDM 型 USB 设备客户驱动程序,中国数据通信,2002,02,51-53.
[43] 樊巍,高有行,通用串行总线的开发设计,计算机工程与设计,2002,09,48-51.
[44] 王洪,顾本斗,USB 设备的开发,计算机工程与设计 2002,03,61-63.
[45] 邵同震,孙光民,嵌入式系统中 USB 总线驱动的开发及应用,计算机应用研究,2002,12,93-96.
[46] 陈军,胡瑞敏,李红,基于 USB 总线复合设备的设计,计算机工程与应用,2002,23,114-116.
[47] 刘少峰,韦克平,USB 软件系统的开发,计算机应用研究,2002,03,102-104.
[48] 颜荣江,阴大兴,基于 EZ-USB 的数据采集与控制,单片机与嵌入式系统应用,2002,03,46-49.
[49] 蔡有元 , 汤健彬, 金建祥 , 用 DriverWorks 开发 USB 设备驱动程序自动化仪表, 2002,12,15-17.
[50] (美)Bruce Echel 著,刘宗田等译,C++编程思想,2002,2,机械工业出版社,北京.
[51] 李照洲, 黄俊梅, 杨世植, TMS320VC5410 DSP 中 USB 客户驱动程序开发与实现,计算机应用,2002,06, 117-119.
[52] 胡晓军 , 杨正新 , 郜业猛 , 于世江, USB 软件加密卡及其驱动程序的设计与开发,电子工程师,2002,08,7-9.
[53] 李照洲,黄俊梅,杨世植,TMS320VC5410 DSP 中 USB 客户驱动程序开发与实现,计算机应用,2002,06,117-119.
[54] 常满波,基于 USB 的数据采集系统设计与实现,工业控制计算机,2002,10, 32-33.
[55] 李志伟,基于 USB 的航空检测数据采集系统的设计,计算机应用研究,2002,11,96-98.
[56] 蒋新胜,王永风,马光彦,李华兵,基于 USB 接口的便携式故障诊断系统,仪器仪表学报,2002,S1,240-241.
[57] 于洋,USB 接口在粮仓自动测温系统中的应用,电子技术,2002,11,11-14.
[58] 赵谦,庄奕琪,郑立,无线 USB 的设计与实现,半导体技术,2003,08,65-68.
[59] 马伟 , 邵贝贝, OTG 补充协议开辟 USB 的新篇章,电子产品世界,2002,11, 68-69.
[60] 杨日杰,李淑华,王日宏,StrongARM 及其嵌入式应用平台,单片机与嵌入式系统应用,2002,07, 31-33,