随着我国高速铁路事业的蓬勃发展,我国铁路机车拥有量快速增长。列车数字控制系统是动车组和地铁车辆电力牵引系统的核心控制部件,负责牵引变流器和列车其他电气执行部件的控制任务,并具备通信、监测、故障保护等重要功能。但其目前的国产化程度较低,且多采用国外芯片进行设计和研制,容易受到国外企业在产品供应和技术支持上的限制,带来“卡脖子”风险。本文通过深度调研国产芯片目前的设计、研制、生产、测试和应用情况,确定了列车数字控制系统的国产化替代方案技术路线,在研究了系统功能需求的基础上,设计了基于国产化芯片的列车数字控制系统硬件电路方案,并对其功能进行了测试验证。本文首先对列车数字控制系统所需芯片的国产化情况进行了深度调研。共考察和评估了26所科研院所、高校和企业的产品,实地考察了5所科研院所和企业。根据调研结果,目前国产化芯片的门类丰富,领域覆盖广泛,列车数字控制系统所需要的DSP、FPGA、存储器、通信芯片、总线驱动等主要芯片,在性能和可靠性上能满足使用需求。通过调研,确定了国产化芯片替代的可行性。为了确定系统设计方案和国产芯片选型,本文对列车数字控制系统的功能需求进行了分析,并将其归纳为系统的核心控制与运算、系统程序与运行数据存储、模拟与数字量处理和网络通信四个方面。针对每一方面的功能,提出了具体的性能指标,确定了方案设计的硬件基础。在核心控制与运算方面,国产DSP和FPGA的性能、芯片规模、硬件资源、外设接口和可靠性已经能够替换进口芯片;存储方面,国产存储器芯片的种类、容量和读写速度已经能够媲美进口存储器;国产AD、DA等芯片的精度和通道数能够满足系统的功能需求;数据通信方面,国产通信芯片的种类也非常丰富,其产品能够满足轨道列车主流通信方式的需求。结合系统的功能分析,确定了国产芯片的选型。在此基础上,设计了一种采用国产芯片的列车数字控制系统的硬件电路方案,详述了每个模块所选用的芯片特性,以及电路的工作原理、工作模式、电路连接、器件的参数计算等,按照模块化的方式给出了各部分的电路设计方案。在基于国产芯片设计的硬件电路的基础上,测试和验证了系统的部分功能,确定了被验证方案设计的可行性。本文共包含图63幅,表7个,参考文献55篇。