基于NIOSⅡ的滤光器波带运动控制系统设计

发布时间：2017-10-03 12:34

  本文关键词：基于NIOSⅡ的滤光器波带运动控制系统设计

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【摘要】：滤光器是太阳磁场观测仪器的重要组成部分,实现滤光器波带快速准确地调整是构建电控系统过程中的基础工作之一,对简化观测步骤、提高系统整体性能有着重要的意义。论文采用灵活度较高的NIOS Ⅱ处理器,设计并实现了一套全新的滤光器波带控制系统——包括硬件平台、驱动程序和控制程序以及用户调试界面。硬件平台设计包括了底层功能模块硬件电路设计及FPGA平台设计两方面,电路设计涵盖了芯片选型、方案对比以及PCB制作等内容。研究中提出了基于FRAM芯片的存储模块设计方案,解决了电机位置数据掉电丢失的问题,在一定程度上提升了系统运动的安全性,是论文研究的重点之一。论文选用C作为程序的设计语言,在设计过程中参照各知识产权核寄存器结构,并结合由Altera公司提供的HAL库函数,实现了对底层电路的具体控制。该部分主要完成了通信和存储模块的驱动程序设计工作,相对运动、绝对运动等11个具体控制程序编写工作。最终实现了波带运动控制系统的全部功能,并将电机控制数目提升至12个。用户界面设计使用了由微软公司提供的MFC库类,根据观测人员的使用习惯设计了一款基于Win32平台的应用程序,主要用于显示电机当前位置以及发送各类控制指令。经试验结果表明,本论文所设计的控制系统基本满足滤光器波带控制系统的性能要求,其中所涉及的方法和成果对于步进电机控制等相关工程应用具有一定的通用性。
【关键词】：滤光器 NIOSII FPGA FRAM 步进电机控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH753.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-14
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究现状12-13
• 1.3 研究内容及论文结构13-14
• 2 研究基础14-21
• 2.1 步进电机技术简述14-15
• 2.2 FPGA概念简述15-16
• 2.3 SOPC及NIOSⅡ技术介绍16-19
• 2.3.1 何谓SOPC16-17
• 2.3.2 NIOSⅡ处理器17-18
• 2.3.3 Avalon总线18-19
• 2.4 基于NIOSⅡ的SOPC系统开发流程19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 系统硬件平台设计与实现21-45
• 3.1 硬件总体架构设计21-22
• 3.2 处理器及核心板选型22-23
• 3.3 通信方案选择及电路设计23-25
• 3.3.1 通信方案分析及选择23-24
• 3.3.2 电路设计24-25
• 3.3.3 通信电路功能验证25
• 3.4 存储模块方案设计25-28
• 3.4.1 外挂Flash芯片25-26
• 3.4.2 外挂EEPROM芯片26-27
• 3.4.3 基于FRAM芯片的存储系统设计与实现27-28
• 3.4.4 存储模块功能验证28
• 3.5 电源电路及控制信号电路设计与实现28-30
• 3.5.1 底板供电电路29
• 3.5.2 输出信号放大电路及芯片保护电路29-30
• 3.5.3 电源及保护电路模块功能验证30
• 3.6 电路设计及PCB制作30-34
• 3.7 FPGA硬件设计及IP核配置34-40
• 3.7.1 硬件配置平台——Quartusll34-35
• 3.7.2 NIOSⅡ处理器添加与配置35-36
• 3.7.3 SDRAM Controller及EPCS配置36
• 3.7.4 RS232串口通信核配置36-37
• 3.7.5 定时器控制核37
• 3.7.6 PIO控制核37-38
• 3.7.7 SPI总线核38
• 3.7.8 PLL设置38-39
• 3.7.9 基址、中断地址及引脚分配39-40
• 3.8 关键IP核寄存器结构40-43
• 3.9 本章小结43-45
• 4 滤光器波带控制系统程序设计45-57
• 4.1 NIOSⅡ程序设计45-53
• 4.1.1 软件开发工具——NIOSⅡ IDE45-46
• 4.1.2 寄存器控制方式46-47
• 4.1.3 NIOSⅡ驱动程序及控制程序设计47-53
• 4.2 上位机程序设计53-56
• 4.2.1 用户界面设计53-54
• 4.2.2 控件行为程序设计54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 5 系统功能验证及装箱测试57-60
• 5.1 控制系统整体验证57-58
• 5.1.1 NIOSⅡ配置信息及软件固化57
• 5.1.2 整体功能验证57-58
• 5.2 控制箱装配58-60
• 6 总结与展望60-61
• 参考文献61-63
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果63-65
• 学位论文数据集65

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本文编号：965250