FTU 硬件详细设计说明书产品线：配电终端产品类别：产品型号：文件状态文档版本作者完成日期编制部门硬件开发部批准：产品版本批准：审核：初审：编写：1. 引言 错误!未指定书签1.1. 前言 错误!未指定书签1.2. 文档术语 错误!未指定书签1.3. 参考文档 错误!未指定书签2. 开发环境 错误!未指定书签3. 硬件详细设计 错误!未指定书签3.1. 系统架构 错误!未指定书签3.2. 主板 错误!未指定书签主板硬件框图 错误!未指定书签模块1： CPU核心板 错误!未指定书签模块2：时钟模块 错误!未指定书签模块3：无线通讯 错误!未指定书签模块6以太网接口 错误!未指定书签RS232/RS485 电路 错误!未指定书签SD卡模块电路 错误!未指定书签直流量采集模块 错误!未指定书签USBHOST 接口 错误!未指定书签3.3.遥控遥信板 错误!未指定书签硬件框图 错误!未指定书签遥信电路模块 错误!未指定书签遥控电路模块 错误!未指定书签3.4.遥测板 错误!未指定书签遥测板框图 错误!未指定书签遥测电路模块 错误!未指定书签电源模块 错误!未指定书签 错误!未指定书签兀器件总成本： 错误!未指定书签3.5.硬件测试方法 错误!未指定书签4. FPGA逻辑设计 错误!未指定书签4.1.子板逻辑 错误!未指定书签架构概述 错误!未指定书签4.2.主板逻辑 错误!未指定书签5.结构工艺设计 错误!未指定书签5.1.外观设计 错误!未指定书签。
外形结构 错误!未指定书签铭牌 错误!未指定书签终端内部结构 错误!未指定书签5.2. 组屏方案错误!未指定书签5.3. 其他 错误!未指定书签5.4错误!未指定书签1. 引言1.1. 前言1.2.文档术语1.3.参考文档2. 开发环境硬件设施：普通个人 PC软件：protel99seCadence16.33. 硬件详细设计3.1. 系统架构3.2.主板3.2.1. 主板硬件框图3.2.2. CPU 核心板3.2.2.1.功能：保存各种数据，参数设置等其他需要保存的数据及给各功能模块提供逻辑接 口3.2.2.2.接口描述：32位RISC嵌入式ARM9+DSP内核CPU：0MAPL138ZWT,通过内置DDR2/mDDR控制器接口外扩1片32M/16 位或 64M/16 位 DDR2SDRAM： MT47H32M16HR/MT47H64M16HR；通过内置外部存储器接口 （ EMIFA ）外扩1片 128MBytesNandFLASH ： MT29F1G08ABAEAWP-IT 和 一 片 FPGA:ALTERAEP3C25F256;通过内部集成的网络接口控制一片网络芯片：LAN8720A；CPU通过一个PWM 口作为看门狗的定时喂狗信号来控制CPU的 复位脚；此外，CPU核心板把CPU内部集成的外设接口（例如USB、UART、 IIC、SPI、MMC/SD等）和GPIO 口及FPGA的LVDS 口引出到核心板接 口上供其他功能模块接口使用。
3.2.2.3.设计原理：1）DDR2因0MAPL138ZWT内部集成的RAM较小，需外扩一片RAM，可利用 芯片内置的DDR2/mDDR控制器接口外扩一片32M或64 M容量的 DDR2SDRAM： MT47H32M16HR 或 MT47H64M16HR 接口如 Figure15T9 所 示，引脚定义如Table15-1所示；为满足信号完整性要求，需要在信号线进行端接处理因只接了一片DDR芯片所以采用串行端接，原理图如下：2) NANDFLASH因 OMAPL138ZWT 内部集成的 ROM 较小，需外扩一片 NANDFLASH， 可利用芯片内置的EMIFA接口外扩一片1Gb或2Gb容量的NANDFLASH： MT29F1G08ABAEAWPTT 或 MT29F2G08ABAEAWPTT外部存储器接口如 Figure20-1 所示，弓I 脚定义如 Table20-1、Table20-2、Table20-3 所示； 外扩NANDFLASH如西口沁0-14所示为了减少R/B#脚的延时时间，R/B#脚上接1K的上拉电阻 原理图如0下：3) FPGA因 FTU 需要采集的交流信号及遥信信号和控制的遥控信号众多， 可利用EMIFA接口接一片FPGA进行预处理。
核心板上的FPGA与功能 板上的FPGA通过LVDS进行点对点通讯，将得到数据存放在各功能板 相对应的存储区里供CPU读取从而提高系统的实时性和简化电路设 计将FPGA作为SRAM存储器挂在CPU的EMIFA接口上，其接口示意LVDS接口需外加端接电阻，参数见FPGA数据手册，其原理图如下 注：因所用FPGA芯片的真实的LVDS 口不足，需使用一路仿真LVDS 口其端接电阻与真实的 LVDS 接口的不同4)以太网以太网芯片采用RMII接口的LAN8720A，CPU通过内部集成的EMAC (RMII )和MDIO与LAN8720A相连，来建立以太网的物理层连接，其接口示意图如Figure19-3所示，引脚定义如Table19-2所示外围电路见数据手册，其原理图如下：5）看门狗看门狗电路选用的是Sipex公司的SP706REN-L,复位周期1.6S, 持续时间200mS,采用软硬件控制，软件方式：CPU通过控制PWM 口的 输出来控制看门狗电路；硬件方式：通过按键控制/MR的电平来控制 看门狗电路，原理图如下：6）供电电路为了防止输入电压过高保护后级的电源管理芯片，在+5V电源输入端 加一保护电路，当输入高于5.8V是输出关断，外加一个LED用以指 示。
当 5V_IN〉5.8V 时，LED 亮a） CPU 供电：CPU 供电为一多电源供电系统，其供电电流和上电顺序要求如 下：电源管理芯片采用TI公司的TPS650250RHBR，通过控制DC-DC 使能端来控制各电平的上电顺序外围电路参数见数据手册 原理图如下：上电顺序逻辑电路如下，上电逻辑，+5V输入时_DCDC3拉高一VDCDC3 输出 VCC—1V3D-拉高 EN—DCDC2-VDCDC2 输出 VCC_1V8D-拉高 EN_DCDC1—VDCDC1 输出 VCC_3V3D.b） FPGA 供电FPGA 推荐供电电源参数如下表:VCCIO采用两种电平供电，为LVDS 口供电的Bankl,2,3,5,6采用2.5V 供电；其他Bank采用3.3V供电电源芯片使用AS1301； 内核供电LVDS 总线供电3224可靠性设计（性能，EMC）：a） 静电防护：无b） 快速脉冲群防护：无c） 浪涌防护：无3.2.2.5.成本估计：约 380 元3.2.3. 时钟模块3.2.3.1.功能：为系统提供实时时钟断电情况下该时钟能保持 3 年以上3.2.3.2.接口描述：时钟芯片通过 SPI 总线与 CPU 相连。
3.2.3.3.设计原理：断电时钟保持时间T=1200mAh*30%/(550nA)=654545小时=74年注：假设电池容量下降到70%时时钟芯片不能正常工作，1200mAh为电池容量系统上电时，(3.3-0.6)〉(3.6-0.6-0.6),VCC_3.3V给时钟芯片供电，仅当系统失电时 3.6V电池才会给时钟芯片供电，D3为了防止3.6V给3.3V系统供电3.2.3.4.可靠性设计本部分在公司以往各产品中使用效果良好，时钟精确度高3.2.3.5.成本估计10 元3.2.4. 无线通讯3.2.4.1. 功能1、 GPRS/CDMA 通讯：在终端与主站之间通过公网或者专网建立无线通讯 进行数据交换；2、 GPS 通讯：通过 GPS 进行终端定位； 3、短距离无线通讯：本地调试用3.2.4.2.接口描述1、GPRS/CDMA 模块：CPU通过UART与GPRS/CDMA模块进行数据通讯，通过4个GPIO控制 GPRS/CDMA 模块的运行及网络灯指示2、GPS 通讯模块接口：因主CPU串口有限（只有3路,2路用作232/485通讯、剩下1路用作GPRS/CDMA 通讯），故用软串口与GPS模块进行通讯，外加两个GPIO控制GPS模块的复 位及唤醒。
下图为软串口框图3、短距离无线通讯：因主CPU串口有限（只有3路,2路用作232/485通讯、剩下1路用作GPRS/CDMA 通讯），故用软串口与短距离无线模块进行通讯，外加两个GPIO控制短距离无 线模块的复位及睡眠3.2.4.3. 原理硬件采用插板结构，与主板分离，保持主板不动更换不同通讯模块，支持 cdma， gprs 通信模块各模块对主板的接口统一定义由于该模块I/O 口允许的输入最大电压是VEXT,即2.9~3V,所以输入信号需添加 分压电路，这样输入信号大概被调整至2.7V附近，保证正常工作，另外，电阻 R725 按照数据手册看，由于该引脚内部已经上拉，所以该电阻可以省略，而且 最好不要焊接，因为该脚允许的外接电压最大为VDDEXT,但以往产品设计的时 候，都加了该电阻，尚未发现问题模块原理图电平转换电路Sim 卡接口需要注意的是，图中D1~D4四个静电防护器必须添加，替代以往该处使用 的是集成TVS芯片UCLAMP0504，节约成本2、 GPS 模块：GPS模块选用SKG16A,通过CPU的软串口将GPS信息传输给CPU.外加收发指示灯便 于观察与调试3、 短距离无线模块：短距离无线通讯采用上海桑锐电子科技有限公司的成品模块SRWF-1022,其提供透明数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议，自动过滤掉空中产生的假数 据，用户无需编制多余的程序，实现所收即所发。
标准配置提供8个信道，可扩展到16/32信道满足用户多种通信组合方式提供2个串口三种接口方式，COM 1为TTL 电平UART接口COM2为硬件的RS-232/RS-485接口，相对于软口的RS-232/RS-485 接口，其带载能力更强（是软口的6到8倍），工作更加稳定接口波特率为1200/2400/4800/9600/19200bps可选，格式为8N1/8O1/8E1用户自定义，可传输无限长 的数据帧，用户编程灵活接口图如下；串口使用软串口因短距离无线通讯采用的是成品模块，故只需在电路上加一相应的接口3.2.4.4.可靠性设计1、基于无线公网模块的应用已经积累了一定经验，总得来说仍然是驱动层及应用程序层双重保护，驱动层通过查询模块，获取链路状态；应用程序通过与 上位机的通信超时机制判断链路状态；一旦发现链路异常，即通过重启链路 方式修复通信3.2.4.5.成本估计210 元3.2.5. 以太网接口3.2.5.1. 功能通过以太网，建立 CPU 和主站的连接3.2.5.2.接口描述通过hpauto-mdix（交叉线自动侦测及切换）经过网络变压器连接到标准RJ45 接头3.2.5.3.设计原理网口电路主要是根据网络芯片LAN8720A的数据手册的网口推荐电路。
网络 连接和传输指示灯。