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。     

基于FPGA自主控制浮点加减控制器设计

为实现一种能够自主完成浮点数加/减运算功能的浮点数加/减运算执行控制器,提出了一种基于采用FPGA并行操作电路硬连接的浮点数加/减运算控制电路及其时序控制方法;该控制器在接收到操作数类型与参与运算的操作数后,在内部时序脉冲作用下,可以自主完成操作数的配置以及浮点数加/减法运算的功能,运算结果传输到系统数据总线;论述了该控制器的电路构成和基本原理,分析操作数类型与操作数在内部时序脉冲作用下的执行过程,应用Verilog HDL语言实现相关硬件的构建和连接;设计完成后通过仿真测试可知,该控制器运行的最高频率可达178.317 M,从输入端口到输出端口的延时数据为:最小延时是3.185 ns,最大延时是15.336 ns,耗用的IO输入输出端口占总资源的27.92%,数据表明该控制器提高了运算器的运算速度,且能够自主完成浮点数加/减运算。     

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。     

PLC激光时序控制系统的研制

激光时序控制系统采用计算机（以下称PLC—k位机）和PLC相结合的方式，如图l所示。整个系统的结构分为三层：系统管理层、PLC控制层、分系统控制层或现场执行机构。系统管理层完成时序控制系统的任务设定、信息显示、状态监测、故障报警、数据处理和通信等功能，由一台工业控制计算机实现。该层与PLC之间通过以太网通讯，遵循TCP／IP协议。PLC控制层直接与各个分系统连接，完成时序控制，是激光时序控制系统的关键。这个层次的PLC模块主要完成数据采集、时序控制等任务。分系统控制层执行指令动作，并把必要的信息反馈给PLC控制层。     

基于FPGA的多轴直流电机控制系统

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位,研究了一种基于单片FPGA的多轴直流电机控制系统。采用IP设计思想,直流电机的位置控制用纯硬件逻辑电路的形式(直流电机控制IP核)实现,总线通信及轨迹计算由同一芯片上的微处理器(Nios II软核)软件实现,从而容易构建多轴直流电机控制的片上系统。利用Verilog硬件描述语言,设计了一种高性能直流电机控制IP核,并进行了仿真验证。为了验证该IP核的复用性,构建了一个56轴直流电机控制的片上系统。实验结果表明,此系统可对各个直流电机实现快速精确控制,每轴的运动相互独立,并且控制参数在线可编程,控制一致性满足系统设计要求。基于这种方式构建的系统,扩展方便、可移植性高、具有较好的适用性,已在某相控阵列天线中得到了应用。     

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。     

基于FPGA自主控制浮点加减乘除控制器设计

为实现一种多浮点操作数乘法运算的自主运算控制器,提出了一种基于FPGA并行操作的硬连接电路的多浮点数乘法运算控制器及其时序控制的方法,该控制器对一条多浮点操作数乘法运算指令的命令字和多浮点操作数连续写入并存储,在内部时序脉冲作用下,可以自主完成读出浮点操作数执行乘法运算,写入存储多浮点操作数过程与执行乘法运算命令的过程能够并行进行;在控制器执行乘法运算命令过程中,系统可以读出执行命令过程中的中间结果和最终运算结果;论述了该控制器的电路构成和基本原理,分析命令字与多操作数在内部时序脉冲作用下的执行过程,应用Verilog HDL语言实现相关硬件的构建和连接;设计完成后通过仿真测试可知,该控制器运行的最高频率为250 MHz,从输入到输出端口最小延时是3.185 ns,最大延时是15.336 ns,且能够自主完成浮点数乘法运算。     

基于STM32与串口服务器的IP语音通信系统设计

针对模拟训练系统中语音通信的应用需求,提出了一种基于TCP/IP协议在局域网内进行IP语音通信的实现方法。分析了该语音通信系统的组成结构和工作原理,设计了以微处理器STM32F103ZET6为核心、以语音编解码芯片VS1053B为驱动的语音控制电路,SD卡连接电路和电源电路;移植了UCOSⅢ嵌入式实时操作系统增强控制系统的实时性和稳定性,采用FatFs文件系统管理SD卡存储设备。利用串口服务器实现串口数据与以太网数据的快速交换,完成模拟训练系统局域网的搭建,实现基于TCP/IP协议的稳定高效的IP语音通信。测试结果表明,系统稳定可靠、扩展性强,语音通信质量满足模拟训练使用要求。     

基于FPGA IP核的AFDX与ARINC429总线转换接口设计

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)是下一代航电系统的主干连接网,ARINC429是一种在航空电子系统领域中较成熟的总线标准,在某些分系统内仍然被采用;如何实现这两种总线的转换是目前航电系统的关键技术之一;利用设计的AFDX 协议和ARINC429 协议的IP核,完成了两种总线协议的相互转换;从AFDX数据帧中解析出429数据字,或者将429数据字添加到AFDF协议各层首部组成AFDX帧;通过Modelsim SE的RTL级的仿真和FPGA的实物测试,结果表明AFDX协议帧和ARINC429数据字可以相互转换,验证了IP核及总线转换接口设计的正确性。     

多站点高空火炬远程监控系统的研究与实现

介绍了ABB可编程控制器(PLC)、昆仑通态触摸屏及杰控上位机在高空火炬点火系统中的应用;该系统采用ABB可编程控制器和昆仑通态触摸屏为控制核心,能实现火炬的手动、自动点火、状态及数据显示、实时报警;通过工业以太网将3个点火子系统连接至监控室计算机,运用杰控上位机软件在监控室实现实时监控、报警、数据查询、打印报表等功能;实际应用表明,该远程监控系统运行稳定、可靠,点火成功率达100%,满足使用要求;PLC、触摸屏和上位机三者的结合在保证点火安全和可靠性的同时也提高了系统的自动化水平。     

小型综合环境模拟试验箱控制系统设计

基于工控机、PLC、触摸屏和PID控制器技术,设计开发了温度、湿度、压力三综合环境模拟试验箱用电气控制系统。该控制系统通过OPC和Modbus通讯完成数据交互,实现远程和本地两种控制模式,试验数据能够实时采集、显示和存储,历史数据通过图表和曲线形式查看。通过PID运算,实现温度、湿度和压力的精确控制。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

基于FPGA的智能网络接口设计

为了实现一种基于FPGA及片上系统(SOC)的智能以太网接口设计,在FPGA内集成了PowerPC440硬核处理器、以太网络接口控制器IP(TEMAC)、DDR2 控制器、通用串行接口IP核及定时器等;该设计使用Verilog HDL硬件描述语言,在ISE12.4下的嵌入式集成开发环境XPS下进行IP核定制、系统的集成设计、综合、布局布线,在Model Sim下完成功能、时序仿真,在SDK环境下完成片上系统软件程序的开发;最后在XILINX 的Virtex-5系列FPGA器件上实现了具有千兆以太网络接口的智能片上系统, 智能网络接口具有可重配置、可扩展性、灵活性、兼容性、功耗低等优点。     

基于PLC和Ethernet的铣刨机无线测控系统设计

针对某铣刨机,研制了无线测控系统,其主要由PLC、通信模块、继电器、触摸屏、路由设备、远程终端等组成;在系统设计中,基于GE ifix环境开发了基于Ethernet的测控软件,解决了不同操作系统平台和硬件环境下的兼容问题;提出了主机掉线PLC状态自保持、无线控制与本地控制冗余和控制指令优先级划分的技术思路,实现了系统可靠运行;该系统具备本地控制与无线遥控两种控制方式,并已在该铣刨收机上得到应用,实现了平台所有操作的无线遥控,无指令丢失和误动作。     

基于NiosII的光纤捷联惯导系统数据采集模块设计

针对光纤捷联惯导系统中采用传统技术的导航计算机需重复设计且效率低的现状,提出了一种基于Nios II的光纤捷联惯导数据采集及预处理实现方案;运用verilog HDL语言完成了对光纤捷联惯导系统中挠性加速度计和光纤陀螺仪的数据采集功能IP核设计,采用SOPC(可编程片上系统)技术定制了Nios II软核处理器,并实现16阶FIR低通滤波器的设计;通过对捷联惯导系统的静态采集实验,验证了数据采集功能IP核的准确性和FIR低通滤波器滤除部分噪声的有效性。     

基于ARM+PFGA的PLC系统通讯设计

为提高PLC系统功能模块间通讯协议的通用性和可扩展性,对自主研制的ARM+FPGA构架小型PLC进行了通讯设计;在分析各类通讯数据的特点、实时性及可靠性要求的前提下,对CAN协议的应用层进行了扩展,采用数据单元法组织通讯数据,并对不同类型的数据定义了不同的数据单元格式,从而制定出了一种CAN扩展协议;另外,提出了以主机为中心的通讯模式,规定了通讯流程,确保了PLC主机执行程序的可靠性;经对通讯可靠性、通讯流量及编解码速度等测试表明,该协议通用性好,编解码效率高,达到了数据可靠传输的目的,提高了PLC系统的性能。     

基于FPGA的实时Pythagorean Hodograph曲线运动控制器的设计

提出了一种采用SOPC技术在单个FPGA芯片上构建的新型实时PH曲线运动控制器的架构;该运动控制器在QuartusⅡ9.0中设计,由一个NiosⅡ软核处理器和多个功能模块构成;它通过采用二次插补方式以减少PH曲线插补的计算量;NiosⅡ处理器执行主控程序和PH曲线粗插补算法,FPGA硬件逻辑执行精插补算法并输出两组用于控制执行机构(XY工作台)的控制脉冲;实验数据表明,该运动控制器完成恒进给速度的单次PH曲线插补的平均耗时均小于2ms,终点坐标的定位误差均低于0.0079mm。     

基于CPLD的某型航管应答机控制接口设计

针对某型航管应答机串行控制接口电气特性、时序关系和数据定义的特殊要求,设计了以CPLD最小应用系统为核心,并扩展RS-232和三线控制接口电平转换的硬件电路,编制了基于计数器触发的输出接口信号状态转换程序,实现了RS-232接口与航管应答机三线串行控制接口信号的转换,较好的解决了航管应答机自动测试系统中控制接口电路的适配问题。该控制接口通过扩展输入和显示模块,可独立实现对航管应答机的功能控制和状态指示;通过改变计数器数值与输出接口信号状态转换之间的关系,可方便的调整三线串行接口信号的电平、时序、占空比等参数。应用结果表明,该控制接口具有性能稳定、使用方便、扩展性强等特点。     

基于IEEE1451.2标准的传感器智能化研究与实现[BT)]

为解决不同类型传感器互不兼容的问题,在研究IEEE1451标准基础上,提出了统一传感器的TEDS接口;为实现温度传感器AD590的智能化,介绍了IEEE1451.2标准下的智能传感器接口模块STIM的实现方案;利用MATLAB软件生成传感器电子数据表格(TEDS),导入FPGA的ROM IP核,同时结合了软件虚拟TEDS和硬件TEDS的优势;利用FPGA作为中央处理单元控制主从总线适配器之间的数据传输。设计了热插拔保护电路,提高系统工作可靠性;最终在系统平台上,实现了传感器即插即用和自我管理信息的功能。      

基于STM32的凝结水液位监控系统的设计与实现

为降低PLC控制单容器液位控制系统的设计难度及成本,本系统选用STM32和STC89C51分别作为上位机与下位机的处理器,设计了基于Modbus-RTU协议的液位监控系统;实现了数据实时采集、显示与报警功能;采用PID算法很好的实现了凝结水液位恒值控制,满足了设计要求;最后给出了系统的实物图和测试结果。实验表明,该系统经济实用,抗干扰能力强,可以在工业控制中广泛使用。