基于FPGA的汽車(chē)油改氣電控系統的研究

　　摘要：介紹了一種基于FPGA的汽車(chē)油改氣電控系統的研究與設計，采用自頂向下模塊化設計，依據功能將FPGA劃分成幾個(gè)模塊，詳細論述了各模塊的設計方法和控制流程，給出核心模塊的狀態(tài)流程圖及時(shí)序仿真波形。經(jīng)在MATLAB和QuartusII環(huán)境下仿真和實(shí)際電路驗證，系統可以達到預期效果。
　　
　　隨著(zhù)全球資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的惡化，汽車(chē)與環(huán)境的相容性研究已經(jīng)成為汽車(chē)發(fā)展研究的主題。天然氣汽車(chē)具有排放污染顯著(zhù)降低、燃料經(jīng)濟性好、安全性高、發(fā)動(dòng)機壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被認為是未來(lái)最有前途的一種汽車(chē)燃料。在這種強大的市場(chǎng)需求驅動(dòng)下，油改氣方案勢在必行，可以根據汽車(chē)外部采集的數據對其進(jìn)行分析、研究與設計。
　　
　　1 系統總體結構
　　
　　本系統以FPGA為中心，主要包括以下部分：(1)信號采集部分：包括一系列的汽車(chē)傳感器，實(shí)時(shí)獲取發(fā)動(dòng)機各項參數；(2)ECU模塊：系統的控制核心；(3)執行機構：實(shí)時(shí)執行ECU的控制指令，使發(fā)動(dòng)機正常工作；(4)人機交互界面設計：完成上下位機之間異步串行通信，實(shí)時(shí)觀(guān)測系統運行狀況。圖1為系統總體結構圖。

　　
　　2 FPGA主要模塊實(shí)現
　　
　　根據汽車(chē)電控單元的需求，設計選用的FPGA是ACTEL公司基于非易失性Flash技術(shù)的A3P250器件(100-VQFP)。器件采用了精細顆粒架構VersaTile，具有250K系統門(mén)結構，采用了130nm的工藝技術(shù)，內核電壓1.5V，時(shí)鐘頻率48MHz。A3P250是反熔絲的，抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，應用較廣。FPGA功能模塊描述語(yǔ)言主要包括時(shí)鐘邏輯模塊、A/D采樣控制模塊、模糊控制模塊、步進(jìn)電機控制模塊、PWM產(chǎn)生模塊、UART通信模塊等。系統設計模塊如圖2所示。