基于NiosⅡ的直流電機PID調速控制系統(tǒng)
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圖2中：clk為時鐘信號端；sta用來控制直流電機正反轉；conword為占空比信號；PWM_A表示直流電機處于正轉狀態(tài)時的占空比輸出；PWM_B表示直流電機處于反轉時的占空比輸出。
PWM模塊的原理如下：將時鐘源50 MHz的基頻信號64分頻，作為PWM模塊的基頻信號，以256個該基頻脈沖信號作為PWM輸出的一個周期，由NiosⅡ處理器給出的conword的值指定一個PWM周期內高電平持續(xù)時間，改變conword的值即刻改變占空比輸出的值。
1．3 測速模塊
系統(tǒng)中的測速模塊生成方式如PWM模塊，它在整個系統(tǒng)中的作用如下：主要是利用基頻的周期來計算光柵信號的周期，算出直流電機的轉速，其生成的模塊如圖3所示。
圖3中：clk為時鐘信號端；en為使能信號，即表示光柵有效；dout表示光櫥有效時間。
測速模塊的原理如下：給出已知頻率的基頻，用光柵作為門限，測基頻脈沖的個數，由基頻的周期來計算光柵信號的周期，再算出轉速，電機控制算法即根據測速模塊測出的速度進行算法調整，達到閉環(huán)控制的效果。
2 系統(tǒng)軟件設計
本次設計的軟件主要分為兩部分：
(1)利用QuartusⅡ7．2完成NiosⅡ系統(tǒng)的構建：利用SOPC Builder構建NiosⅡCPU；使用VHDL編寫各控制模塊。
(2)利用NiosⅡIDE完成系統(tǒng)控制與控制算法編寫，主要使用C語言進行控制與算法編寫；對直流電機進行成功控制后，在NiosⅡIDE上采集輸出轉速的實測數據，將其導入Matlab畫出控制效果圖，整體軟件框圖如圖4所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/151391.htm
本次設計使用SOPC Builder組建的NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)，如圖5所示。該系統(tǒng)除了配置NiosⅡ最小系統(tǒng)的CPU核NiosII CPU，Avalon總線，使用FPGA資源例化的存儲器之外，還有以下外接設備的控制單元：
(1)SDRAM Controller；
(2)Common Flash Interface；
(3)JTAG UART；
(4)鎖相環(huán)PLL；
(5)Interval Timer；
(6)通用I／O接口，包括PWM模塊接口conw，msta和測速模塊接口speed，按鈕接口button。
對于SOPC Builder組建的NiosⅡ系統(tǒng)，可以在QuartusⅡ軟件方便地調用，在QuartusⅡ中Block Diagram設計調用NiosⅡ系統(tǒng)的框圖如圖6所示。給該系統(tǒng)配備工作時鐘，并分配FPGA的I／O管腳，程序經綜合，布局，仿真之后，就可將配置文件通過各種配置方法下載到FPGA上。本文使用JTAG+AS方式配置，通過USB Blaster下載電纜線將計算機USB接口與FPGA的JTAG口相連，把配置文件從計算機下載到FPGA中，這樣就完成了系統(tǒng)的軟件設計。
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