基于SOPC的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、電機(jī)控制是應(yīng)用極其廣泛的技術(shù),數(shù)字控制器多種多樣,傳統(tǒng)的控制器開發(fā)中普遍涉及到不同功能芯片的配合通信,一定程度上影響系統(tǒng)的執(zhí)行效率。隨著大規(guī)模集成電路及SOC技術(shù)的迅速發(fā)展,本世紀(jì)初Altera公司提出了SOPC(System On Personal Chip)技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在FPGA中嵌入內(nèi)核處理器,開發(fā)用戶IP核模塊,作為一種新的SOC解決方案其在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文以此為背景,研究開發(fā)SOPC技術(shù)在轉(zhuǎn)臺(tái)控制器中的應(yīng)用,將S

2、OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,詳細(xì)討論并完成了FPGA開發(fā)數(shù)字控制器的硬件電路設(shè)計(jì)、SOPC系統(tǒng)硬件開發(fā)及配置、嵌入式內(nèi)核軟件編程,在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了控制器的開發(fā),在減小設(shè)備體積、提高算法執(zhí)行效率的同時(shí),使得FPGA可靈活開發(fā)、并行執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)得到很大的發(fā)揮。
　　本文通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),完成了數(shù)字控制器的FPGA平臺(tái)的電路,包括FPGA電源、片外存儲(chǔ)器、串口通信、PWM濾波電路等設(shè)計(jì)。另外,還完

3、成了基于AD2S80A的旋轉(zhuǎn)變壓器軸角變換電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試,通過(guò)與包括驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)的電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)合,完成了閉環(huán)控制系統(tǒng)的搭建。
　　在FPGA中設(shè)計(jì)和開發(fā)SOPC系統(tǒng)時(shí),充分考慮到了作為電機(jī)控制器的需求,本文中結(jié)合SOPC Builder及Nios II IDE開發(fā)工具在FPGA芯片中嵌入了Nios II內(nèi)核,基于Avalon總線規(guī)范將系統(tǒng)功能進(jìn)行了IP核開發(fā)。在FGPA內(nèi)實(shí)現(xiàn)了AD2S80A數(shù)據(jù)處理模塊和增量式光電編碼器信號(hào)四細(xì)

4、分、辨向模塊,并且將兩個(gè)模塊進(jìn)行綜合,充分利用了控制器IO總線,簡(jiǎn)化系統(tǒng)的程序開發(fā),增加了控制器的通用性;針對(duì)設(shè)計(jì)的PID控制算法,設(shè)計(jì)了控制算法IP核,使得算法執(zhí)行結(jié)合FPGA硬件運(yùn)行的并行特性;結(jié)合控制器功能要求,完成了包括PWM、串口通信、定時(shí)器等在內(nèi)的各個(gè)功能IP核的設(shè)計(jì)及配置。對(duì)以上設(shè)計(jì)作了仿真驗(yàn)證,各個(gè)模塊邏輯功能符合要求。
　　通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及離散化處理,在完成的SOPC系統(tǒng)中編寫內(nèi)核程序,實(shí)現(xiàn)控制算法及各個(gè)功