基于FPGA的汽車(chē)油改氣電控系統(tǒng)的研究

　　摘要：介紹了一種基于FPGA的汽車(chē)油改氣電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，采用自頂向下模塊化設(shè)計(jì)，依據(jù)功能將FPGA劃分成幾個(gè)模塊，詳細(xì)論述了各模塊的設(shè)計(jì)方法和控制流程，給出核心模塊的狀態(tài)流程圖及時(shí)序仿真波形。經(jīng)在MATLAB和QuartusII環(huán)境下仿真和實(shí)際電路驗(yàn)證，系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期效果。
　　
　　隨著全球資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的惡化，汽車(chē)與環(huán)境的相容性研究已經(jīng)成為汽車(chē)發(fā)展研究的主題。天然氣汽車(chē)具有排放污染顯著降低、燃料經(jīng)濟(jì)性好、安全性高、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是未來(lái)最有前途的一種汽車(chē)燃料。在這種強(qiáng)大的市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，油改氣方案勢(shì)在必行，可以根據(jù)汽車(chē)外部采集的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行分析、研究與設(shè)計(jì)。
　　
　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　
　　本系統(tǒng)以FPGA為中心，主要包括以下部分：(1)信號(hào)采集部分：包括一系列的汽車(chē)傳感器，實(shí)時(shí)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)；(2)ECU模塊：系統(tǒng)的控制核心；(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：實(shí)時(shí)執(zhí)行ECU的控制指令，使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作；(4)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)：完成上下位機(jī)之間異步串行通信，實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

　　
　　2 FPGA主要模塊實(shí)現(xiàn)
　　
　　根據(jù)汽車(chē)電控單元的需求，設(shè)計(jì)選用的FPGA是ACTEL公司基于非易失性Flash技術(shù)的A3P250器件(100-VQFP)。器件采用了精細(xì)顆粒架構(gòu)VersaTile，具有250K系統(tǒng)門(mén)結(jié)構(gòu)，采用了130nm的工藝技術(shù)，內(nèi)核電壓1.5V，時(shí)鐘頻率48MHz。A3P250是反熔絲的，抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，應(yīng)用較廣。FPGA功能模塊描述語(yǔ)言主要包括時(shí)鐘邏輯模塊、A/D采樣控制模塊、模糊控制模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、PWM產(chǎn)生模塊、UART通信模塊等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊如圖2所示。