内燃机车微机控制系统担负着对内燃机车的控制和对关键设备进行故障诊断与维护的任务。在我国，随着机车的全面提速和内燃机车电气结构越来越复杂，作为内燃机车“神经中枢”的微机控制系统，其硬件系统却存在处理速度慢，接口资源不足，自主知识产权缺乏，所用电子元件落后难以购置更换等弊端。　　 本文以南车集团的一款交流传动内燃机车为对象，研发了一种以X86为核心处理器，FPGA为协处理器的微机控制系统。通过对内燃机车运行所需功能要求以及对微机控制系统工作环境和外部搭载设备的研究分析，将内燃机车微机控制系统的硬件系统整体功能模块化划分为数字输入、数字输出、频率检测、模拟量采集、信号调理及核心板六种功能板和一块电源转换板;应用具有PC104总线的微机模块，采用单FPGA和多CPLD的星型分布式SPI背板总线的连接方式，实现微机与底层设备的数据交换工作;以电磁兼容性理论与信号完整性理论作为指导设计了各功能板的电路及PCB，对功能板的关键电路进行了理论分析和功能仿真，通过理论推导确定了电路元件参数，并完成芯片的选型工作;完成硬件系统后，利用实验室资源，搭建实验平台，模拟控制系统所要采集的信号，完成硬件系统测试工作，获取实验参数及结果，并对完成的试验样机进行了功能评估。　　 本文创新性地设计并采用了分布式SPI背板总线的通信方式实现了控制系统内部的数据交换工作。所开发的内燃机车微机控制系统的硬件系统，经过反复实验测试，验证表明系统能够稳定工作;通过FPGA与CPLD协同工作方式，完成了底层的数据采集以及指令执行的功能，并能够将内燃机车上庞杂的数据分时按需发送给微机进行处理，提高了微机控制系统的处理速度和数据处理能力;通过对底层功能板通道的扩充，提高了控制系统对内燃机车监控能力及故障诊断能力。硬件系统集成了安全，高效，稳定的多种功能模块，能够完成信息采集、数据处理、指令下达与指令执行等多种功能，可为内燃机车微机控制系统实现高效、可靠的控制策略提供有力的硬件支持。