基于SOPC的直流变频风扇控制芯片设计与研究

发布时间：2019-07-28 18:25

【摘要】：近年来,FPGA的集成度迅速提高,逻辑资源也日益丰富,在现在的芯片设计过程中,FPGA通常用来作为验证平台,当芯片在FPGA上验证通过后再进行流片生产。本文以直流变频风扇为控制对象,采用SOPC技术在FPGA上设计一款直流变频风扇专用控制芯片。直流变频风扇是近些年发展起来的风扇创新技术,它采用变频技术对风扇电机进行控制,具有省电、静音、无级调速等特点,是风扇发展的一个趋势。设计直流变频风扇的专用控制芯片,可以大大降低系统成本,提高系统性能,有利于直流变频风扇的推广。本文通过分析风扇电机——永磁同步电机的数学模型,给出了直流变频风扇的矢量控制方案,并针对直流变频风扇对成本敏感的特点,采用双电阻电流采样方式进行电流采样,采用霍尔传感器方式进行速度检测和位置细分。根据直流变频风扇双闭环矢量控制的特点,首先对芯片的软硬件功能进行划分,完成了对直流变频风扇控制芯片的片上规划,即对于速度要求较高的电流内环控制,采用硬件IP核来实现,而对于速度要求相对较低的速度外环的控制则通过Nios Ⅱ处理器用软件实现。然后在QuartusⅡ开发环境下以Verilog HDL硬件描述语言完成了基于Avalon总线的自定义IP核设计,如cordic三角函数计算模块IP核、SVPWM模块IP核、双电阻电流采样接口IP核、霍尔传感器接口IP核等,并将设计的自定义IP核添加到SOPC Builder集成开发工具的IP库中。采用总线互连、IP复用等SOPC设计技术,将NiosⅡ处理器、自定义IP核以及一些必要的片内外设IP核进行系统集成,在进行静态时序分析确保时序收敛后进行功耗评估,完成了直流变频风扇控制芯片的硬件设计。最后在NiosⅡ EDS开发环境下完成软件设计,最终实现了直流变频风扇控制芯片的设计。本文搭建了直流变频风扇矢量控制系统实验平台,进行了直流变频风扇调速系统实验,完成了对设计的直流变频风扇控制芯片的实际验证,实验结果表明,芯片工作正常,系统运行良好,设计的直流变频风扇控制芯片能够很好地完成系统控制功能。
【图文】：

ＮｉｏｓＩＩ／ｓ、ＮｉｏｓＩＩ／ｆ，即经济型、标准型和快速型，如图４－４所示。它们的性能有所不逡逑同，消耗的逻辑资源也不同，用户可Ｗ根据自己的需求选择。设计中选择的是禄准逡逑型（ＮｉｏｓＩＩ／ｓ）处理器，它具有２Ｋ字节的Ｃａｃｈｅ，并且自带硬件乘法和除法单元，消耗逡逑１２００－１４００邋ＬＥｓ的逻辑资源，与经济型和快速型处理器相比，它既有较滃的性能，也逡逑不会消耗太多的逻辑资源。逡逑Ｓｅｌｅｃｔ邋ａ邋Ｎｉｏｓ。ｃｏｒｅ：逡逑

Ｑ，０．００４ｘ２＂＋０．０００５ｘ２ｉ４ｎ邋＝邋６５５邋＋邋８？，ｎ为积分次数，当舍去的小数累积大于１时，积分逡逑部分会累加一次９。ＰＩ调节器的仿真波形如图４－２１所示，可Ｗ看出仿真数据与Ｗ上的逡逑理论分析是一致的。逡逑ＩＩ
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM925.11;TN402

【参考文献】

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本文编号：2520253