基于ARM+FPGA的PLC计数器的设计

计数器是PLC内部重要的软元件之一,在以PLC为核心部件的自动控制系统中,这种软元件通过相应的程序实现系统的实时准确的计数。ARM通过双口RAM发送指令命令给FPGA,FPGA控制计数器进行相关操作,FPGA的晶振工作频率50MHz作为计数器控制模块的时序约束,设计的计数器具有加减计数功能、断电保持功能、数据回传功能等,以满足PLC控制器的计数需求,并通过使用地址映射存储器使得计数器控制器的指令执行更加高效。设计了计数器与FPGA指令执行控制器的通信协议。通过对设计完成后的仿真与测试,单个计数器的计数频率达到2MHZ,基本实现了PLC计数器的功能,并且达到了稳定计数的设计要求。     

基于BU-61580总线控制器的接口及容错设计

针对RS-422接口与1553B总线接口无法直接进行高可靠性数据通信,提出了一种基于BU-61580总线控制器的接口及容错设计。设计采用1553B接口芯片BU-61580,通过FPGA控制完成了RS-422与1553B的接口控制及二者之间的数据处理。在硬件接口设计的基础上,设计IP-CORE完成BU-61580的芯片配置,并通过增加容错设计提高了总线控制器数据通的可靠性。经测试结果显示,计算机通过总线控制器与RT终端通信稳定、可靠,并应用于某测试系统中。     

基于FPGA的PLC位信息输出控制器设计

提出应用FPGA设计PLC位信息输出与读取控制器的思路。该控制器执行输出位信息相关命令时,在内部时序脉冲控制下按照Y编号地址自主完成位信息在位存储单元的寻址和读写操作;论述了控制器的电路构成和基本原理,应用Verilog HDL语言实现硬件电路的构建与连接;测试表明,该控制器在PLC用户程序执行过程中可以自主将位信息按要求输出和读取,使输出位信息命令的执行与系统其它功能模块实现并行处理,提高了PLC执行指令序列的速度,缩短了PLC扫描周期。     

用FPGA实现的正交解码/计数器

提出了一种正交解码/计数器的电路设计,用Altera FLEX10KA FPGA实现。电路由数字滤波器、正交解码器和加/减计数器组成。数字滤波器的设计基于数据通道有限状态机模型。电路仿真和实验测试的结果验证了电路功能。     

基于PCI接口外系统等效器的设计

针对平台、速率陀螺与测量系统的接口应用,提出了基于PCI总线的外系统等效器设计;该系统以FPGA为中心控制器,其通过PCI接口与上位机进行通信,可以实时接收上位机发送的命令,并且能产生测量系统所需的各种测试信号;系统依靠FPGA的高程可控性以及VHDL语言的超强灵活性,可靠地完成4路28 V、17 kHz平台力矩电流以及2路+15 V、+5 V电压采集信号的产生与传输;通过与测量系统的连接测试,结果显示系统工作正常,各项功能指标均满足测试要求。     

相控阵天线内部通信的CAN控制器IP核设计

为实现相控阵天线波控系统小型化、芯片化的目的,设计了一种基于Avalon总线的CAN控制器IP核。参照CAN2.0B协议规范,给出了CAN控制器IP核的功能结构,利用Verilog硬件描述语言完成了控制器接口逻辑、位流处理器、位时序逻辑等模块设计,并进行了设备驱动及应用软件开发。将设计的CAN控制器IP核、Nios II微处理器、多个单元相位控制器IP核等集成到FPGA中构成子阵级波束控制的SoPC系统。最后对CAN总线的通信性能进行了实验测试。结果表明:设计的CAN控制器IP核能够在实际CAN网络中稳定可靠地收发数据。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较强的适应性,也可用于高密度、紧凑型工业控制领域。     

基于FPGA的PLC数据输出控制IP核设计

提出应用FPGA设计PLC数据输出控制IP核的思路。该IP核执行输出数据相关命令时,在内部时序脉冲控制下按照Y编号地址自主完成数据在存储单元的寻址和读写操作;论述了控制器的工作原理和电路设计,应用Verilog语言实现硬件电路的构建及功能;测试表明:该IP核可以自主完成对数据处理和输出要求,使数据输出与系统其它功能模块实现并行处理,提高了PLC运行速度。     

基于Linux的FPGA+ARM高速数据采集系统设计

对于高速A/D的采集,采用I/O读取方式, ARM9最大能够采集500KSPS的A/D,因此ARM不能实现对更高速度数据读取;为达到更高速,提出了FPGA+ARM的双核架构的高速数据采集的方法,FPGA能够采集2MSPS的A/D,并采用ARM的DMA完成与FPGA的FIFO通信,以及使用Linux的内存映射技术来提高应用层与内核层数据传输效率,完成数据采集。该系统设计了FPGA+ARM接口电路,开发了Linux下的DMA驱动程序。经试验测试,系统具有高速采集的性能。     

CAN总线在核磁共振波谱仪中的应用

介绍基于CAN（Controller Area Network,控制器局域网）总线构建核磁共振波谱仪通信系统的方案. 由STM32、FPGA（Field Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）和PCI-104完成CAN总线与以太网之间的通信数据转换,并使用可复用的CAN驱动程序设计方法简化系统设计, 实现了谱仪工作站与各控制器之间高速可靠的通信. 调谐实验过程中的数据通信测试结果表明,CAN总线是构建核磁共振波谱仪通信系统理想的解决方案.     

EAST装置电子回旋共振加热系统中央控制器设计

介绍了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电子回旋共振加热(ECRH)系统中央控制器的设计,阐 述了中央控制器对输入的总控触发信号、等离子体电流信号、ECRH 系统状态信号、高压输出状态信号、波输出 状态信号、各类停止信号以及各输出控制信号等的处理与控制逻辑。对 FPGA 程序做了时序仿真,仿真结果表明,该控制器能够实时响应总控触发信号、精确控制阴极与阳极高压电源的开关、处理各种异常情况,满足 ECRH 系统的控制需求,且具有极高的可靠性。     

基于FPGA的四轴飞行控制器的硬件系统设计

为提高四轴飞行器的数据采集与数据处理能力,降低四轴飞行器的功耗,研制了一种基于FPGA的四轴飞行控制器。飞行控制器以NIOS II处理器为控制核心,结合嵌入的SPI、I2C、UART等IP核实现了数据的实时采集与快速处理,并提出并行处理PPM解码和编码、超声波检测与控制、蜂鸣器控制的设计方案,利用VerilogHDL语言在FPGA上设计了这些并行处理功能模块,这些功能模块通过PIO核与NIOS II处理器连接,能够自主完成所规定的处理功能。经过多次飞行测试,四轴飞行器能够稳定的起飞和降落,快速的飞行,转弯,上升和下降,也能够避开障碍物,验证了四轴飞行控制器功能稳定,功耗较低,已达到设计的要求。     

HIAF-BRing电源样机模块故障联锁保护系统设计与实现

强流重离子加速器装置（HIAF）的增强器（BRing）二极铁电源样机采用多模块串并联的全储能快循环脉冲电源实现方案,电源功率达到MW级。由于电源规模庞大和功率巨大,为了在运行中迅速保护电源设备,设计并实现了一套双冗余的基于可编程逻辑控制器（PLC）、模块故障联锁板和现场可编程门阵列（FPGA）的模块故障联锁保护系统,利用硬件和软件同时对电源功率单元模块实施故障检测、故障传递和故障保护。设计完成后分别从电源联锁环路的响应时间、核心控制板故障引发电源环路联锁的总时间和设备故障响应等三个方面进行测试,测试结果表明,在电源发生故障时,模块故障联锁保护系统满足电源样机对实时性和可靠性的要求,达到设计目标。     

基于FPGA技术的加速器切束控制系统设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器,即ADS注入器Ⅱ,设计了采用现场可编程门阵列(FPGA)切束技术的加速器快保护控制系统。当系统检测到束流异常故障信号时能快速切断束流,并上传故障信息,方便故障排查和后期数据分析。该控制器基于FPGA设计,可实现光纤通信、串口通信、逻辑电平信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于控制斩波器电源快速切断束流;串口通信用于实时传输设备状态信息;逻辑电平信号输出用于控制继电器产生开关量信号去远程控制保护设备,以防止运行设备的损害。通过现场运行测试,切束响应时间在10 s之内,达到安全设计要求。     

基于FPGA的通用开放式星载陀螺模拟器设计

陀螺是小卫星平台上姿轨控制分系统中的重要敏感元件,而陀螺模拟器是小卫星姿轨控制分系统地面测试过程模拟陀螺仪的数据流向和时序关系的必要设备。针对通用化的小卫星陀螺模拟器的设计需求,开发了一种基于FPGA和CAN总线接口的陀螺模拟器,采用了FPGA作为主控芯片,实现了支持多类常用星载陀螺数据通信协议的实时接口,并配置了具备电平隔离功能的CAN、RS-485等总线接口电路,实际配置一种工作状态的测试和实验验证表明,所设计的陀螺模拟器具有较高的可靠性和良好的通用性。     

基于FPGA的微型直流电机控制器IP核设计

为了实现阵列天线波束高效控制和系统小型化, 实现多轴微型直流伺服系统达到高速、并行控制, 根据Nios Ⅱ处理器的Avalon总线规范, 利用Verilog硬件描述语言, 设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的微型直流电机控制器IP核。该控制器采用了有限状态机的方法, 分多模块实现硬件控制功能。针对微型直流电机特性, 采用了比例-积分-微分（PID）算法、分段控制及启停监测等控制策略。最后利用软件Quartus Ⅱ及DE0开发板进行了仿真和实验验证, 实验表明, 该控制器具有响应速度快、定位精度高、可靠性高、体积小等特点, 可以可靠地对各路微型直流电机进行独立控制, 且控制性能良好, 能够实现天线单元快速、准确的相位控制。     

S7 PLC在实验物理及工业控制系统中的集成（英）

在直线感应加速器控制系统中,可编程逻辑控制器（PLC）作为前端控制器被广泛应用于人身安全保护系统中,实现PLC于实验物理及工业控制系统（EPICS）中的输入输出控制（IOC）集成成为系统架构中必须解决的问题。为此,介绍了一种新型的基于S7 nodave设备驱动和异步通讯模块Asyn的IOC与PLC通信方法。该方法可实现IOC对S7 PLC过程映像区及内存变量的透明访问,而不需要制定通讯协议。分析了基于S7nodave和Asyn模块与S7 PLC的通信机制,并给出了应用实例。     

冗余技术提高PLC控制系统可靠性的研究

针对工业现场对PLC控制系统可靠性提出更高的要求,提出利用冗余技术提高其可靠性。分析了硬件冗余和软件冗余在PLC控制系统中的应用,详细阐述了PLC控制器、输入输出口、通讯网络和电源各自的冗余方法,并着重以西门子300/400系列PLC为例进行了软硬件冗余的架构和原理分析。最后对冗余控制系统的可靠性进行分析,结果表明,使用冗余技术可使PLC控制系统的可靠性得到明显提高。     

基于SOPC的分段轨道炮发射控制系统设计

针对自主研发的分段轨道炮,设计了一种基于EP2C8Q208C型FPGA的数字型发射控制系统,该系统采用SOPC(System on a Programmable Chip)可编程片上系统技术,将Nios II处理器软核嵌入到FPGA中,利用软核中的IO、定时器、串口通讯等功能实现了分段轨道炮的发射控制,通过B探针对分段处电枢位置进行检测。采用串口与上位机通讯,界面设计采用LabView,可以对发射时序进行任意设置。系统操作方便、可扩展性强,已运用到分段轨道炮发射控制中,试验结果满足发射要求,为分段轨道炮的机理研究提供了基础。