基于DE2開發(fā)板的直流電機控制系統的設計

　　摘要：介紹一種直流電機控制系統的設計方案，該方案以Nios II作為控制系統的核心單元，采用基于Avalon總線的IP和用戶自定義的基于Avalon總線的邏輯單元作為外設，具有系統設計簡單，穩(wěn)定性高，易拓展等特點。

　　引言

　　直流電機(DC machine)是一種常用的機械能和電能轉換的元件，由定子和轉子兩種基本結構組成，其中，定子是運行時靜止不動的部分，主要作用是產生磁場;轉子是運行時轉動的部分，主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢。使用者通過對外圍輸入信號的控制間接控制定子和轉子，進而實現控制直流電機的工作。

　　目前，在直流電機的控制系統中，很多設計者喜歡采用單片機(如8051)或者DSP(如MSP430)作為微控制器，這樣做的優(yōu)點是成本較低，缺點是需要較多的外圍電路和端口，可能會導致系統的穩(wěn)定性不夠高。

　　本設計給出一種方案，該方案采用Altera公司提供的Nios II作為控制系統的核心單元;采用Altera提供的基于Avalon總線的IP和用戶自定義的基于Avalon總線的邏輯單元作為外設;采用DE2開發(fā)板作為驗證平臺。

　　Altera提供的DE2開發(fā)板擁有豐富的硬件資源：主芯片FPGA(EP2C35)有35K LES，8MB SDRAM，4MB FLASH，4個按鍵開關，27個LED燈，80腳擴展端口，TV解碼器及其接口，24bits CD品質聲道CODEC，USB控制器及其接口，以太網，等等。這些硬件資源能夠滿足較為復雜的硬件設計。　　

 

　　硬件設計

　　如圖1所示的系統硬件結構，虛線框內為FPGA(EP2C35)內部硬件結構，其中：

　　1)Nios II為Altera推出的32位RSIC嵌入式處理器，它作為整個系統的核心，控制著系統的正常工作;

　　2)Timer為定時器，主要用于系統的中斷等服務;

　　3)JTAG-UART為自定義模塊，主要用于軟件設計過程中的調試;

　　4)PIO為自定義外設模塊，經設計后可以掛載到Avalon總線上，它與4個按鍵相連接，這樣按鍵和Nios II之間便可通過總線進行通信;

　　5)按鍵，共4個，作用分別是控制系統啟動，控制電機加速，控制電機減速，控制電機轉向;

　　6)SDRAM控制器為自定義外設，經設計后可以掛在到Avalon總線上，這樣Nios II可以經過總線與SDRAM進行數據通信;

　　7)Flash控制器為自定義外設，經設計后可以掛在到Avalon總線上，這樣Nios II可以經過總線與Flash進行數據通信;

　　8)PWM(脈沖寬度調制)模塊為自定義模塊，經設計后可以掛在到Avalon總線上，這樣Nios II可以通過控制該模塊實現控制直流電機的功能;

　　9)SDRAM用于存儲軟件運行時的一些指令和數據，Flash用于FPGA下載固化程序;

　　10)驅動電路用于將PWM信號進行轉換進而驅動直流電機。