基于DE2開(kāi)發(fā)板的直流電機控制系統的設計

　　摘要：介紹一種直流電機控制系統的設計方案，該方案以Nios II作為控制系統的核心單元，采用基于Avalon總線(xiàn)的IP和用戶(hù)自定義的基于Avalon總線(xiàn)的邏輯單元作為外設，具有系統設計簡(jiǎn)單，穩定性高，易拓展等特點(diǎn)。

　　引言

　　直流電機(DC machine)是一種常用的機械能和電能轉換的元件，由定子和轉子兩種基本結構組成，其中，定子是運行時(shí)靜止不動(dòng)的部分，主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng);轉子是運行時(shí)轉動(dòng)的部分，主要作用是產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動(dòng)勢。使用者通過(guò)對外圍輸入信號的控制間接控制定子和轉子，進(jìn)而實(shí)現控制直流電機的工作。

　　目前，在直流電機的控制系統中，很多設計者喜歡采用單片機(如8051)或者DSP(如MSP430)作為微控制器，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是需要較多的外圍電路和端口，可能會(huì )導致系統的穩定性不夠高。

　　本設計給出一種方案，該方案采用Altera公司提供的Nios II作為控制系統的核心單元;采用Altera提供的基于Avalon總線(xiàn)的IP和用戶(hù)自定義的基于A(yíng)valon總線(xiàn)的邏輯單元作為外設;采用DE2開(kāi)發(fā)板作為驗證平臺。

　　Altera提供的DE2開(kāi)發(fā)板擁有豐富的硬件資源：主芯片FPGA(EP2C35)有35K LES，8MB SDRAM，4MB FLASH，4個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)，27個(gè)LED燈，80腳擴展端口，TV解碼器及其接口，24bits CD品質(zhì)聲道CODEC，USB控制器及其接口，以太網(wǎng)，等等。這些硬件資源能夠滿(mǎn)足較為復雜的硬件設計?！　?/p>

 

　　硬件設計

　　如圖1所示的系統硬件結構，虛線(xiàn)框內為FPGA(EP2C35)內部硬件結構，其中：

　　1)Nios II為Altera推出的32位RSIC嵌入式處理器，它作為整個(gè)系統的核心，控制著(zhù)系統的正常工作;

　　2)Timer為定時(shí)器，主要用于系統的中斷等服務(wù);

　　3)JTAG-UART為自定義模塊，主要用于軟件設計過(guò)程中的調試;

　　4)PIO為自定義外設模塊，經(jīng)設計后可以?huà)燧d到Avalon總線(xiàn)上，它與4個(gè)按鍵相連接，這樣按鍵和Nios II之間便可通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)行通信;

　　5)按鍵，共4個(gè)，作用分別是控制系統啟動(dòng)，控制電機加速，控制電機減速，控制電機轉向;

　　6)SDRAM控制器為自定義外設，經(jīng)設計后可以?huà)煸诘紸valon總線(xiàn)上，這樣Nios II可以經(jīng)過(guò)總線(xiàn)與SDRAM進(jìn)行數據通信;

　　7)Flash控制器為自定義外設，經(jīng)設計后可以?huà)煸诘紸valon總線(xiàn)上，這樣Nios II可以經(jīng)過(guò)總線(xiàn)與Flash進(jìn)行數據通信;

　　8)PWM(脈沖寬度調制)模塊為自定義模塊，經(jīng)設計后可以?huà)煸诘紸valon總線(xiàn)上，這樣Nios II可以通過(guò)控制該模塊實(shí)現控制直流電機的功能;

　　9)SDRAM用于存儲軟件運行時(shí)的一些指令和數據，Flash用于FPGA下載固化程序;

　　10)驅動(dòng)電路用于將PWM信號進(jìn)行轉換進(jìn)而驅動(dòng)直流電機。