【摘要】：近年來(lái),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(jì)過程中,FPGA通常用來(lái)作為驗(yàn)證平臺(tái),當(dāng)芯片在FPGA上驗(yàn)證通過后再進(jìn)行流片生產(chǎn)。本文以直流變頻風(fēng)扇為控制對(duì)象,采用SOPC技術(shù)在FPGA上設(shè)計(jì)一款直流變頻風(fēng)扇專用控制芯片。直流變頻風(fēng)扇是近些年發(fā)展起來(lái)的風(fēng)扇創(chuàng)新技術(shù),它采用變頻技術(shù)對(duì)風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行控制,具有省電、靜音、無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn),是風(fēng)扇發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。設(shè)計(jì)直流變頻風(fēng)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(fēng)扇的推廣。本文通過分析風(fēng)扇電機(jī)——永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,給出了直流變頻風(fēng)扇的矢量控制方案,并針對(duì)直流變頻風(fēng)扇對(duì)成本敏感的特點(diǎn),采用雙電阻電流采樣方式進(jìn)行電流采樣,采用霍爾傳感器方式進(jìn)行速度檢測(cè)和位置細(xì)分。根據(jù)直流變頻風(fēng)扇雙閉環(huán)矢量控制的特點(diǎn),首先對(duì)芯片的軟硬件功能進(jìn)行劃分,完成了對(duì)直流變頻風(fēng)扇控制芯片的片上規(guī)劃,即對(duì)于速度要求較高的電流內(nèi)環(huán)控制,采用硬件IP核來(lái)實(shí)現(xiàn),而對(duì)于速度要求相對(duì)較低的速度外環(huán)的控制則通過Nios Ⅱ處理器用軟件實(shí)現(xiàn)。然后在QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下以Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言完成了基于Avalon總線的自定義IP核設(shè)計(jì),如cordic三角函數(shù)計(jì)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(jì)的自定義IP核添加到SOPC Builder集成開發(fā)工具的IP庫(kù)中。采用總線互連、IP復(fù)用等SOPC設(shè)計(jì)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(jìn)行系統(tǒng)集成,在進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析確保時(shí)序收斂后進(jìn)行功耗評(píng)估,完成了直流變頻風(fēng)扇控制芯片的硬件設(shè)計(jì)。最后在NiosⅡ EDS開發(fā)環(huán)境下完成軟件設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)了直流變頻風(fēng)扇控制芯片的設(shè)計(jì)。本文搭建了直流變頻風(fēng)扇矢量控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了直流變頻風(fēng)扇調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),完成了對(duì)設(shè)計(jì)的直流變頻風(fēng)扇控制芯片的實(shí)際驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,芯片工作正常,系統(tǒng)運(yùn)行良好,設(shè)計(jì)的直流變頻風(fēng)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(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)中選擇的是祿準(zhǔn)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(jì)型和快速型處理器相比，它既有較滃的性能，也逡逑不會(huì)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(dāng)舍去的小數(shù)累積大于１時(shí)，積分逡逑部分會(huì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM925.11;TN402

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2520253