【正文】 計數(shù)模塊，為了使用戶觀察方便，計數(shù)模塊使用了 6 個十進(jìn)制加法計數(shù)器使得計數(shù)結(jié)果為十進(jìn)制，不用用戶自己進(jìn)行數(shù)制轉(zhuǎn)換。 END PROCESS。139。039。 THEN DIV2CLK=NOT DIV2CLK。其結(jié)構(gòu) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 體代碼如下： ARCHITECTURE behav OF FTCRL IS SIGNAL DIV2CLK :STD_LOGIC。 當(dāng)兩個輸入信號相同時，輸出為全低電平，當(dāng)兩個輸入不同時，輸出為相應(yīng)的兩個狀態(tài)，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。 WHEN 11 = sta =00。sing2。 添加用戶自定制外設(shè)的步驟： SOPC Builder 用戶圖形界面，選擇添加新元件； 圖 3– 6 添加用戶新元件 HDL File 標(biāo)簽頁，點(diǎn)擊 ADD 按鈕添加文件； 圖 3– 7 準(zhǔn)備添加自定制文件 ，在工程文件夾下選擇編寫好的三個文件添加，并確認(rèn) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 頂層文件名以及所在路徑是否正確； 圖 3– 8 添加自定制文件 PWM 模塊信號和 Avalon 信號名稱及類型，當(dāng)所有信號名稱和類型修改正確后，對話框最下方的信息欄中的錯誤警 告 會消失，并提示沒有錯誤 ； 圖 3– 9 信號類型修改 圖 3– 10 信息提示窗口 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 ； 圖 3– 11 在 interface 標(biāo)簽頁修改信號名稱 圖 3– 12 在 ponent wizard 標(biāo)簽頁中的 Group 欄里添加 USER_LOGIC 圖 3– 13 在元件庫列表里出現(xiàn)了 USER_LOGIC 組，里面包含 PWM 模塊 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 定制好的模塊添加到 NIOS II 系統(tǒng)中，并更改名稱，以便軟件調(diào)用。本設(shè)計添加了兩個 PIO 內(nèi)核，一個作為系統(tǒng)讀取反饋信號比較結(jié)果開關(guān)量的輸入端，另一個作為系統(tǒng)向閉環(huán)控制系統(tǒng)中的比較電路輸送標(biāo)準(zhǔn)信號的輸出端。 I/O 端口 既連接到片內(nèi)邏輯， 又 連接到外部設(shè)備的 FPGA I/O 引腳。有了 SDRAM 控制器內(nèi)核，在 NIOS II 系統(tǒng)中使用使用 SDRAM 就像使用 SRAM 一樣簡單。SDRAM 控制器可讓設(shè)計者在 NIOS II 系統(tǒng)中簡易連接 SDRAM 芯片。 圖 3– 2 Timer 定時器的具體配置 id 的配置： SOPC Builder 生成 Nios II 系統(tǒng)時，將為每個 Nios II 系統(tǒng)生成一個標(biāo)示符。 的配置： 定時器可以說是一個非常重要的外圍設(shè) 備。 的配置： 帶 Avalon 接口的 JTAGUART 設(shè)備實現(xiàn) PC 和 NIOS II 系統(tǒng)之間的串行通信，在許多設(shè)計中 JTAGUART 常取代 RS232 通信設(shè)備，用于字符的輸入和輸出。 [9]而 FPGA 中含有的高性能嵌入式模擬鎖相環(huán)，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于數(shù)字鎖相環(huán)，此鎖相環(huán) PLL 可以與一輸入的時鐘信號同步，并以其作為參考信號實現(xiàn)鎖相，從而輸出一至多個同步倍頻或分頻的片內(nèi)時鐘，以供邏輯系統(tǒng)應(yīng)用，而 SOPC 中的 PLL 模塊是基于 Avalon 總線的 PLL 性能更優(yōu)于嵌入式模 擬鎖相環(huán)。 軟核的其他模塊的配置： 鎖相環(huán)的配置： PLL(Phase Locked Loop)： 為鎖相回路或鎖相環(huán) ,用來統(tǒng)一整合時脈訊號 ,使內(nèi)存能正確的存取資料。由于 Nios II 是一個位于 FPGA 中的處理軟核，因而定制其外設(shè)比較容易。 系統(tǒng)的的主體框架 系統(tǒng)的主體主要由 FPGA 片上系統(tǒng)、驅(qū)動電路和電機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動控制系統(tǒng)以及處理反饋信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)組成。一個典型的元件 由 任務(wù)邏輯 、 寄存器文件 和 Avalon 接口 三種功能模塊組成。 ，如果需要在進(jìn)行改進(jìn)。 Nios II 來測試寄存器級的訪問是否正確。 。 一個典型元件定制的步驟如下： 。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 接口性能很高，可達(dá)到每個時 鐘傳輸 1 次。 ，可處理具有不同數(shù)據(jù)寬度的外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。因使用相互獨(dú)立的地址和 數(shù)據(jù) 通路， Avalon 外設(shè)不需要識別數(shù)據(jù)和地址周期。 Avalon 接口是一個靈活的接口，使用者可以只用系統(tǒng)所需的幾個信號來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。采用 Avalon 交換結(jié)構(gòu)，每個總線主機(jī)均有自己的專用互聯(lián)，總線主機(jī)只需搶占共享從機(jī)，而不是總線本身。每個總線主機(jī)發(fā)起總線控制請求，由總線仲裁器對某個主機(jī)授權(quán)接入總線。SOPC Builder 自動生成的 Avalon 交換式總線使用最少的邏輯資源來支持?jǐn)?shù)據(jù)總線的復(fù)用、地址譯碼、等待周期的產(chǎn)生、外設(shè)的地址對齊、中斷優(yōu)先級的制定以及高級的交換式總線傳輸。Avalon 交換式總線由 SOPC Builder 自動生成，是一種理想的用于系統(tǒng)處理器和外設(shè)之間的內(nèi)聯(lián)總線。 本設(shè)計的閉環(huán)控制使用的是比例控制，反饋回來的信號與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，并產(chǎn)生一個開關(guān)量，講該開關(guān)量送到 Nios II 軟核 中，利用程序控制 PWM信號站空比的調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)閉環(huán)控制。 。閉環(huán)控制的主要組成部分是反饋信號的獲得以及閉環(huán)控制的方法。電樞電流方向不能立刻改變，反向電流將經(jīng)二極管 VD VD4 向電流充電并逐漸剪下為零，電動機(jī)處于再生制動的狀態(tài)，等效電路如圖 24d 所示。如果電動機(jī)方向沒有改變，運(yùn)行狀態(tài)相當(dāng)于是能耗制動。由于電樞電流方向不能立刻改變，電動機(jī)的自感電動勢克服反電動勢通過 VD V4 續(xù)流，電動 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 機(jī)消耗存儲在電感中的能量，電流衰減。電樞電流上升，電動機(jī)處于正方向的電動狀態(tài)，等效電路如圖 24a 所示。以電動機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)為例，即控制信號是 V1=V2 為 PWM 信號， V3 關(guān)斷， V4 恒通的情況，對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。 圖 2– 3 可逆直流 PWM 控制中的 H 橋電路 本設(shè)計采用的控制 PWM 信號為單極性信號，工作模式是單極性可 逆 PWM模式，該模式的特點(diǎn)是在一個開關(guān)周期內(nèi)，作用到電樞兩端的電壓極性是單一極性的。 本設(shè)計要求可以控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以驅(qū)動系統(tǒng)屬于可逆直流PWM 系統(tǒng)。公式 21 表明，平均電壓由脈沖占空比及電源電壓所決定，與占空比成正比。當(dāng) S1 接通時，供電電源 U 通過開關(guān) S1 施加到直流電動機(jī)兩端，電動機(jī)在電源作用下旋轉(zhuǎn)，同時電動機(jī)電樞電感儲存能量；當(dāng)開關(guān) S1 斷開時，供電電源停止向電動機(jī)提供能量，但此時電樞電感所儲存的能量 將通過續(xù)流二極管 VD1 使電機(jī)電樞電流繼續(xù)維持，電樞電流仍然產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使得電動機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 PWM 控制器。執(zhí)行 PWM 操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作： /計數(shù)器的周期 。通 的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。 PWM 是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。說明了本文設(shè)計的 直流電機(jī)控制 系統(tǒng)所使用的閉環(huán)控制的基本思想和實現(xiàn)方法。 本文研究內(nèi)容 鑒于上述電氣傳動和 PWM 技術(shù)的發(fā)展和趨勢，本文以兩相直流電機(jī)為控制對象， 使用 基于 SOPC 系統(tǒng)的 Nios II 軟核 ，并 利用 PWM 技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)一個直流電機(jī)控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： PWM 技術(shù)的原理進(jìn)行分析研究，選取適合 PWM 技術(shù)控制的直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 。采用 Nios II處理器進(jìn)行設(shè)計，可以幫助 用戶 將產(chǎn)品迅速推向市場，延長產(chǎn)品生命周期，防止出現(xiàn)處理器逐漸過時的情況 [5]。 、低功耗。 RAM資源。 SOPC 概述 SOPC 簡介 SOPC（ System On Programmable Chip） ,是 Altera 公司提出來的一種靈活、高效的 SOC 解決方案 ，是一種新的軟硬件協(xié)同設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)。 ： 實現(xiàn)可理解為利用實現(xiàn)工具把邏輯映射到目標(biāo)器件結(jié)構(gòu)的資源中，決定邏輯的最佳布局，選擇邏輯與輸入輸出功能連接的布線通道進(jìn)行連線，并產(chǎn)生相應(yīng)文件 (如配置文件與相關(guān)報告 )其主要過程包括，設(shè)計文件轉(zhuǎn)換、映射和布局布線。也就是說，被綜合的文件是 HDL文件 (或相應(yīng)文件等 )，綜合的依據(jù)是邏輯設(shè)計的描述和各種約束條件，綜合的結(jié)果則是一個硬件電路的實現(xiàn)方案，該方案必須同時滿足預(yù)期的功能和約束條件。所謂軟件設(shè)計是用 HDL 語言 (Hardware Description Language)利用 FPGA 內(nèi)部資源實現(xiàn)設(shè)計的過程，一般包括設(shè)計輸入、綜合、功能仿真 (前仿真 )、設(shè)計實現(xiàn)、時序仿真 (后仿真 )、配置下載五個過程 [3]。根據(jù)系統(tǒng)外部接口的要求，確定接口時序和芯片引腳資源消耗情況。 首先確定系統(tǒng)功能，并對關(guān)鍵部分予以仿真。 CRC 檢測。 DDR DDR 和 SDR SDRAM 以及QDRII SRAM 存儲器件 。 Cyclone II 器件的制造基于 300mm 晶圓，采用 TSMC 90nm、低K 值電介質(zhì)工藝。 FPGA 有 并行主模式、主從模式、串行模式及外設(shè)模式等 多種配置模式。 FPGA 的編程無須專用的 FPGA 編程器，只須用通用的 EPROM、 PROM 編程器即可。 FPGA 是由存放在片內(nèi) RAM 中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的 RAM 進(jìn)行編程。 是 ASIC 電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險最小的器件之一 。 FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA（ Logic Cell Array）這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊 IOB（ Input Output Block）和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個部分。 EDA 技術(shù)通過超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷攵ㄖ苹蛉ㄖ?ASIC 及混合ASIC 三種途徑來實現(xiàn)完成 專用集成電路的設(shè)計和實現(xiàn)這一最終目標(biāo)。前者代表了物理層在廣度和深度上硬件電路實現(xiàn)的發(fā)展，后者則反映了現(xiàn)代先進(jìn)的電子理論、電子技術(shù)、仿真技術(shù)、設(shè)計工藝和設(shè)計技術(shù)與最新的計算機(jī)軟件技術(shù)有機(jī)的融合和升華。最嚴(yán)重的情況是，在某些特殊頻率下系統(tǒng)有可能產(chǎn)生機(jī)械諧振，就會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩和出現(xiàn)音頻嘯叫聲。一種方式是將脈沖信號的開關(guān)頻率及周期 T 固定，通過改變導(dǎo)通脈沖的寬度來改變負(fù)載的平均電壓，這就是脈沖寬度調(diào)制（ PWM）。 如今，無刷直流電動機(jī)或永磁同步電動機(jī)系統(tǒng)集特種電動機(jī)、變流機(jī)構(gòu)、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，形成新一代的一體化電動機(jī)系統(tǒng)，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的最新成果，是機(jī)電一 體化的高科技產(chǎn)物。此后的研究雖然在控制手段上不斷改進(jìn)，但控制方法 沒有本質(zhì)的突破。永磁同步電動機(jī)，實際上為帶有位置傳感器的、由逆變器驅(qū)動的永磁同步電動機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)代的直流傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向是電動機(jī)主極永磁化及換向無刷化，而無刷直流電機(jī)正是在這樣的趨勢下所發(fā)展起來的機(jī)電一體化電動機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)及 DSP 的性能不斷提高 ，使得 PWM 控制技術(shù)及電動機(jī)控制技術(shù)也日趨成熟。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘要 …… ............................................................................................................... I Abstract ...............................................................................................................II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................ 1 課題背景 ................................................................................................... 1 電氣傳動與 PWM 技術(shù)概述 ................................................................... 1 電氣傳動的發(fā)展與趨勢 .................................................................... 1 PWM 技術(shù)發(fā)展概述 .......................................................................... 2 FPGA 概述 ................................................................................................. 2 EDA 簡介 .................