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。     

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。     

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。     

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。     

用于阵列天线连续跟踪的步进电机控制器IP核设计

采用VHDL语言设计了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的步进电机控制器IP核,并在Quartus Ⅱ软件中进行了编译和仿真。该控制器采用了控制参数在线计算模块,使得阵列中每台步进电机都可以根据对应单元的相移量推算出各自的升降频曲线及脉冲发送时刻,从而保证阵列中各个电机的转动角度保持一定的关系,同时能有效地降低步进电机失步的风险。该控制器采用编码器反馈信息处理模块,对步进电机失步进行判断和校正。编译结果显示:通过合理设定数据位宽、重复利用乘法器、合理利用相邻脉冲发送间隔,控制器可以有效降低进行实时参数计算时的硬件资源使用量。测试结果表明,该控制器可以实现阵列天线波束连续跟踪。     

基于FPGA和CAN控制器软核的CAN总线发送系统的设计与实现

基于FPGA嵌入式片上可编程技术,采用现有的CAN总线控制器软核模块,设计了软核控制程序,将由CAN控制器软核及其控制程序组成的CAN发送软件嵌入在FPGA内部,开发了CAN总线通信系统,实现了对CAN总线数字量的发送。经过软件仿真验证、静态时序分析和硬件系统测试,仿真和测试结果表明,该系统设计合理,方案可行,时序正确,功能、性能满足要求。系统将硬件软件化,有效的减少了外围芯片的数量,降低了系统的体积和功耗,提高了产品的集成度、通用性和可靠性,具有良好的实用价值和推广前景。     

永磁直线同步电机位置系统的模糊IP控制研究

针对具有电磁推力大、响应快、易于矢量解耦控制的永磁直线同步电机PMLSM,研究高精度位置伺服控制系统的设计,以满足高速加工与高精度微进给加工的需求。考虑被控对象的变化和外界扰动,控制器的参数难于在线修订,设计了一种模糊/积分-比例IP位置控制器。它将具有并联反馈环节的IP控制器与模糊控制器有效结合,根据位置偏差的变化率进行切换,即存在较大输入指令与系统输出偏差较大时采用模糊控制,而系统输出接近于输入指令时则采用IP控制器,从而发挥模糊控制器对变参数系统的自适应性和IP控制器的快速和准确性优势。仿真实验结果表明模糊/IP控制器在稳态精度和动态性能方面优于单纯的IP控制器和模糊控制器,能够满足变参数控制系统的性能指标。     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs~2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统（ADS）注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列（FPGA）的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25 ns,延时、脉宽及周期调节范围为1 s~2 s,周期抖动的标准偏差为70 ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

基于Nios的微距控制系统的数字设计

设计了一种基于Nios处理器的微距控制系统,用于实现虚拟成像设备系统视标位置的精确定位。系统采用现场可编程门阵列(FPGA)实现对步进电机PWM的细分驱动和对光栅尺输出信号的鉴相倍频,构建了基于Nios的微距控制系统的数字设计部分。采用Altera公司的FPGA设计工具Quartus II和嵌入式开发套件 Nios IDE,将可配置的软核处理器与可编程的硬件电路集于一体,既实现了软件处理的灵活性,又具有硬件处理的高速性特点。实验表明,该设计在虚拟成像设备的标视定位中取得了良好的效果,实现了精度为1.25 μm的微距控制。     

基于直流无刷电机的汽车EPS系统控制器开发

为了改善转向系统助力性能和降低系统功耗,基于直流无刷电机,研究了电动助力转向系统的结构组成与工作原理,采用Freescale 微控制器MC56F8346作为主控芯片,开发了汽车电动助力转向系统控制器。将控制器分为控制电路和驱动电路两部分,设计了转矩、电流等信号采集电路、霍尔位置传感器的转子位置信号捕捉电路及驱动电路。试验结果表明,所开发的控制器静态功耗低,动态响应快,能够满足电动助力转向系统对转向灵活性、轻便性及可靠性的需求。     

基于FPGA的实时中值滤波器设计

在图像生成和采集过程中引入的各种噪声会使图像质量变差。为了实现对图像的实时预处理，首先介绍中值滤波器的基本原理和算法，然后在现场可编程门阵列（FPGA）上根据中值滤波的根基数算法，采用流水技术设计一种快速实时中值滤波器，给出按行输出的图像处理过程中存储前2行图像数据的方法。仿真结果表明：该中值滤波器可实时完成CCD输出图像的预处理，达到了抑制噪声及保持图像细节的目的。