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基于DE2开发板的直流电机控制系统的设计

作者:尚壮壮时间:2013-04-25来源:电子产品世界收藏

  摘要:介绍一种控制系统的设计方案,该方案以Nios II作为控制系统的核心单元,采用基于的IP和用户自定义的基于的逻辑单元作为外设,具有系统设计简单,稳定性高,易拓展等特点。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/144609.htm

  引言

  (DC machine)是一种常用的机械能和电能转换的元件,由定子和转子两种基本结构组成,其中,定子是运行时静止不动的部分,主要作用是产生磁场;转子是运行时转动的部分,主要作用是产生电磁转矩和感应电动势。使用者通过对外围输入信号的控制间接控制定子和转子,进而实现控制的工作。

  目前,在直流电机的控制系统中,很多设计者喜欢采用单片机(如8051)或者DSP(如MSP430)作为微控制器,这样做的优点是成本较低,缺点是需要较多的外围电路和端口,可能会导致系统的稳定性不够高。

  本设计给出一种方案,该方案采用Altera公司提供的Nios II作为控制系统的核心单元;采用Altera提供的基于的IP和用户自定义的基于Avalon总线的逻辑单元作为外设;采用DE2开发板作为验证平台。

  Altera提供的DE2开发板拥有丰富的硬件资源:主芯片FPGA(EP2C35)有35K LES,8MB SDRAM,4MB FLASH,4个按键开关,27个LED灯,80脚扩展端口,TV解码器及其接口,24bits CD品质声道CODEC,USB控制器及其接口,以太网,等等。这些硬件资源能够满足较为复杂的硬件设计。  

 

  硬件设计

  如图1所示的系统硬件结构,虚线框内为FPGA(EP2C35)内部硬件结构,其中:

  1)Nios II为Altera推出的32位RSIC嵌入式处理器,它作为整个系统的核心,控制着系统的正常工作;

  2)Timer为定时器,主要用于系统的中断等服务;

  3)JTAG-UART为自定义模块,主要用于软件设计过程中的调试;

  4)PIO为自定义外设模块,经设计后可以挂载到Avalon总线上,它与4个按键相连接,这样按键和Nios II之间便可通过总线进行通信;

  5)按键,共4个,作用分别是控制系统启动,控制电机加速,控制电机减速,控制电机转向;

  6)SDRAM控制器为自定义外设,经设计后可以挂在到Avalon总线上,这样Nios II可以经过总线与SDRAM进行数据通信;

  7)Flash控制器为自定义外设,经设计后可以挂在到Avalon总线上,这样Nios II可以经过总线与Flash进行数据通信;

  8)PWM(脉冲宽度调制)模块为自定义模块,经设计后可以挂在到Avalon总线上,这样Nios II可以通过控制该模块实现控制直流电机的功能;

  9)SDRAM用于存储软件运行时的一些指令和数据,Flash用于FPGA下载固化程序;

  10)驱动电路用于将PWM信号进行转换进而驱动直流电机。



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