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利用FPGA實(shí)現優(yōu)異的家用電器設計

作者： 時(shí)間：2011-07-28 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
DSP電機控制

Cyclone III FPGAs中的嵌入式DSP功能塊(如圖4所示)為設計更復雜和效率更高的電機控制系統提供了關(guān)鍵要素?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA的DSP芯片使得大型家電制造商能夠降低研發(fā)時(shí)間和成本，并且在未來(lái)升級時(shí)不需要重新布板。FPGA所提供的可重配置解決方案可用來(lái)實(shí)現DSP應用以及滿(mǎn)足高DSP吞吐率的需求。由于FPGA可以實(shí)現硬件重配置，因而能實(shí)現完整的硬件定制并實(shí)現復雜的電機控制DSP功能。因此，由FPGA實(shí)現的DSP系統可以具有定制的架構、定制的總線(xiàn)結構、定制的存儲器、定制的硬件加速器模塊和各種大量的乘法-累加(MAC)塊。
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圖4：FPGA中的嵌入式DSP塊
為了使交流電機的運行效率更高，內部永久磁鐵的位置與施加的交流電壓頻率同步至關(guān)重要?？梢允褂脗鞲衅鱽?lái)檢測磁轉子的位置，并以此調節電壓的頻率。該方法類(lèi)似于伺服控制鎖相環(huán)(PLL)系統，只不過(guò)這里采用DSP來(lái)實(shí)現這一任務(wù)。
利用FPGA實(shí)現優(yōu)異的家用電器設計
圖5：典型的應用方框圖
新一代的家電將需要更復雜的電路來(lái)監控電機和整個(gè)系統的運行狀況。使用FPGA中DSP功能的先進(jìn)控制算法設計將能夠實(shí)現比特殊應用標準產(chǎn)品(ASSP)或特殊應用集成電路(ASIC)更靈活的系統。由于FPGA可以編程，因此可以根據市場(chǎng)需求的變化修改或加入新功能。如果加入一個(gè)以太網(wǎng)IP核，FPGA還能夠通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )與外界進(jìn)行通訊，從而允許系統安排好系統發(fā)生故障之前的維護和服務(wù)工作，并實(shí)現用戶(hù)家庭網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)通信。

微控制器
新一代家電設備將通過(guò)微控制器實(shí)現用戶(hù)接口和其他的功能控制。具有嵌入式微控制器的FPGA提供了一個(gè)集成的解決方案，無(wú)需另外再配外部專(zhuān)用處理器。嵌入式處理器設計師面臨的主要挑戰是如何選擇處理器，使之最適合具體的應用但又不過(guò)分地浪費或犧牲功能。像Altera的Nios? II軟件處理器就允許設計師創(chuàng )建理想的硬件(CPU，外設以及定制硬件加速器)、軟件(存儲器接口)和成本的綜合環(huán)境，以滿(mǎn)足每一個(gè)新的家電設計階段的獨特需求。
此外，Altera公司的 Nios II C-to-Hardware Acceleration (C2H) Compiler可以幫助那些對FPGA比較陌生的工程師利用ANSI C代替原理圖或RTL輸入進(jìn)行嵌入式處理器系統設計。
LCD面板接口
FPGA中內置的LVDS I/O接口允許直接耦合并驅動(dòng)簡(jiǎn)單文本或視頻質(zhì)量的顯示器面板，因而在系統中可以很容易設計出用于顯示器的視頻處理器和定時(shí)控制器。一片Cyclone III FPGA可以被設計和配置成為一個(gè)驅動(dòng)典型液晶顯示器(LCD)接口的圖像增強引擎。而預先經(jīng)過(guò)優(yōu)化的IP MegaCore??能，例如去交織、量化、濾波以及色彩空間轉換器，都可以處理來(lái)自任何源設備的視頻輸入，并輸出到象具有網(wǎng)絡(luò )功能的電冰箱上的視頻顯示器這樣的LCD面板上。
本文小結
低成本的FPGA或CPLD可以幫助家電設計師利用靈活的、集成有DSP算法的單片集成解決方案實(shí)現節能的電機控制。此外，這些具有內置軟處理器的可編程器件還有助于簡(jiǎn)化設備的用戶(hù)接口設計。利用這些器件還可以使新一代的家電設備能夠與用戶(hù)的家庭網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。
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