【摘要】：近年來,FPGA的集成度迅速提高,邏輯資源也日益豐富,在現(xiàn)在的芯片設(shè)計過程中,FPGA通常用來作為驗證平臺,當芯片在FPGA上驗證通過后再進行流片生產(chǎn)。本文以直流變頻風扇為控制對象,采用SOPC技術(shù)在FPGA上設(shè)計一款直流變頻風扇專用控制芯片。直流變頻風扇是近些年發(fā)展起來的風扇創(chuàng)新技術(shù),它采用變頻技術(shù)對風扇電機進行控制,具有省電、靜音、無級調(diào)速等特點,是風扇發(fā)展的一個趨勢。設(shè)計直流變頻風扇的專用控制芯片,可以大大降低系統(tǒng)成本,提高系統(tǒng)性能,有利于直流變頻風扇的推廣。本文通過分析風扇電機——永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型,給出了直流變頻風扇的矢量控制方案,并針對直流變頻風扇對成本敏感的特點,采用雙電阻電流采樣方式進行電流采樣,采用霍爾傳感器方式進行速度檢測和位置細分。根據(jù)直流變頻風扇雙閉環(huán)矢量控制的特點,首先對芯片的軟硬件功能進行劃分,完成了對直流變頻風扇控制芯片的片上規(guī)劃,即對于速度要求較高的電流內(nèi)環(huán)控制,采用硬件IP核來實現(xiàn),而對于速度要求相對較低的速度外環(huán)的控制則通過Nios Ⅱ處理器用軟件實現(xiàn)。然后在QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下以Verilog HDL硬件描述語言完成了基于Avalon總線的自定義IP核設(shè)計,如cordic三角函數(shù)計算模塊IP核、SVPWM模塊IP核、雙電阻電流采樣接口IP核、霍爾傳感器接口IP核等,并將設(shè)計的自定義IP核添加到SOPC Builder集成開發(fā)工具的IP庫中。采用總線互連、IP復(fù)用等SOPC設(shè)計技術(shù),將NiosⅡ處理器、自定義IP核以及一些必要的片內(nèi)外設(shè)IP核進行系統(tǒng)集成,在進行靜態(tài)時序分析確保時序收斂后進行功耗評估,完成了直流變頻風扇控制芯片的硬件設(shè)計。最后在NiosⅡ EDS開發(fā)環(huán)境下完成軟件設(shè)計,最終實現(xiàn)了直流變頻風扇控制芯片的設(shè)計。本文搭建了直流變頻風扇矢量控制系統(tǒng)實驗平臺,進行了直流變頻風扇調(diào)速系統(tǒng)實驗,完成了對設(shè)計的直流變頻風扇控制芯片的實際驗證,實驗結(jié)果表明,芯片工作正常,系統(tǒng)運行良好,設(shè)計的直流變頻風扇控制芯片能夠很好地完成系統(tǒng)控制功能。
【圖文】：

ＮｉｏｓＩＩ／ｓ、ＮｉｏｓＩＩ／ｆ，即經(jīng)濟型、標準型和快速型，如圖４－４所示。它們的性能有所不逡逑同，消耗的邏輯資源也不同，用戶可Ｗ根據(jù)自己的需求選擇。設(shè)計中選擇的是祿準逡逑型（ＮｉｏｓＩＩ／ｓ）處理器，它具有２Ｋ字節(jié)的Ｃａｃｈｅ，并且自帶硬件乘法和除法單元，消耗逡逑１２００－１４００邋ＬＥｓ的邏輯資源，與經(jīng)濟型和快速型處理器相比，它既有較滃的性能，也逡逑不會消耗太多的邏輯資源。逡逑Ｓｅｌｅｃｔ邋ａ邋Ｎｉｏｓ。ｃｏｒｅ：逡逑

Ｑ，０．００４ｘ２＂＋０．０００５ｘ２ｉ４ｎ邋＝邋６５５邋＋邋８？，ｎ為積分次數(shù)，當舍去的小數(shù)累積大于１時，積分逡逑部分會累加一次９。ＰＩ調(diào)節(jié)器的仿真波形如圖４－２１所示，可Ｗ看出仿真數(shù)據(jù)與Ｗ上的逡逑理論分析是一致的。逡逑ＩＩ
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM925.11;TN402

【參考文獻】

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本文編號：2520253