FPGA技术高频疲劳试验机控制器

2012-08-27 04:46:22来源: 21ic
   

FPGA简介

现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammable Gate Array)是美国Xilinx公司于1984年首先开发的一种通用型用户可编程器件。FPGA既具有门阵列器件的高集成度和通用性,又有可编程逻辑器件用户可编程的灵活性。

FPGA由可编程逻辑单元阵列、布线资源和可编程的I/O单元阵列构成,一个FPGA包含丰富的逻辑门、寄存器和I/O资源。一片FPGA芯片就可以实现数百片甚至更多个标准数字集成电路所实现的系统。

FPGA的结构灵活,其逻辑单元、可编程内部连线和I/O单元都可以由用户编程,可以实现任何逻辑功能,满足各种设计需求。其速度快,功耗低,通用性强,特别适用于复杂系统的设计。使用FPGA还可以实现动态配置、在线系统重构(可以在系统运行的不同时刻,按需要改变电路的功能,使系统具备多种空间相关或时间相关的任务)及硬件软化、软件硬化等功能。

鉴于高频疲劳试验机控制器控制规模比较大,功能复杂,故我们在研制过程中,在传统试验机控制器的基础上,通过FPGA技术及微机技术两者的结合,来全面提升控制器系统的性能,使整机的工作效率、控制精度和电气系统可靠性得到了提高,且操作方便而又不乏技术的先进性。

2 控制器结构及内容

本控制系统的总体结构,下位机是整个高频疲劳试验机控制器的核心。用于实现产生控制试验机的控制信号和数据,反馈信号的处理,以及和上位机进行数据通信。其控制功能强弱也直接影响着整个控制器性能的好坏。图中波形发生器是用于激励和保持电磁激振器的振动。在此,波形发生器应输出正弦波。

3 系统采取的技术路线

系统在实现技术参数、功能要求的基础上,结合目前微机及FPGA等微电子技术,采取了以下主要技术路线:

(1)下位机是系统控制的核心。由于本系统控制规模相对比较复杂,控制对象具一定特殊性(如高频率,高负荷等),且牵涉到控制电机,故不采用传统的8位机,而是考虑采用功能相对更强大,速度更快的16位机—87C196系列。

(2)激振器要求输入波形为正弦波,试验的频率范围为80~250Hz。另外,系统还应该能够进行扫频试验。在扫频试验中,系统以1Hz为步长进行扫频(粗调),再在粗调的基础上进行微调(以0.1Hz为步长),以确定系统的共振点。可以看出,能产生精度为0.1Hz波形的电路模块是整个系统设计中很关键的一部分,也是设计难点之一。这部分如通过单片机或其它专用芯片则不能或很难实现。系统采用FPGA作波形发生器,见图1中虚线框所示部分。这样做的优点是:高速(一般芯片频率至少几十兆,甚至上百兆)且能满足上述精度要求;采用数字电路实现,抗干扰性好;能把其它逻辑电路也集成至该芯片中,省掉了许多分立元件,同时也减少了体积;能够按需改变波形。

(3)直流调速通过变压实现,而变压则通过采用晶闸管的可控整流器来完成。通过单片机输出可变电压给移相触发器,触发器输出可控导通角给可控整流器,实现电机速度的调整。有利于提高系统的可靠性。

(4)系统部分重要信号用数字滤波器滤波,该数字滤波器用FPGA实现。与软件滤波相比,此方法有利于改善信号的滤波效果,且滤波速度得到很大提高。

4 部分模块设计

FPGA部分可划分成两个模块,其中正弦波发生器模块又可细分成几个小模块,如图2所示。

4.1 锁存器设计

锁存器用来将单片机送来的频率数据锁存稳定在FPGA中,可以用片内的锁存器资源(或用触发器)来构成。

[1] [2]

关键字:FPGA  高频疲劳试验机

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0827/article_3132.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
FPGA
高频疲劳试验机

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved