基于FPGA的高速外围多功能芯片

用数字化控制代替模拟控制,可以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点,有利于参数整定和变参数调节,便于通过软件程序的改变方便地调节控制方案和实现多种新型控制策略,同时可减少元器件数目、简化硬件结构,从而提高系统可靠性。FPGA具有速度快,规模大,设计模块化等诸多优点,最突出的是其灵活性,设计人员不仅对其内容可重复编程,还可对其I/0口重新配置,非常适合电源的数字化控制。 结合数字控制的优点及FPGA的长处,本文提出一种基于FPGA的高速外围多功能芯片的设计方案,将MCU/DSP作为控制系统的核心,而FPGA作为控制系统的外围,在不占用MCU/DSP资源的情况下,处理其外围诸多事件。一方面提高了控制芯片的工作效率,另一方面将控制芯片的外围分立元件取代(尤其是模拟器件),提高系统工作可靠性,增强系统的灵活性,适应性,以及提高系统控制保密性。 文中对方案的实现进行了详细论述,从软件仿真、芯片设计到最终硬件PCB板级设计,均做了详细的叙述,通过调试产生了验证波形。该设计采用了Altera公司Cyclone系列的EP1C3T144C8 FPGA,在Quartus Ⅱ集成环境下用VHDL硬件描述语言实现。该课题以材料表面处理特种电源的全数字化控制为设计背景,集PWM脉冲发生模块,过流/过压保护模块,串口模块以及周边设备控制等多种功能为一身,设计模块化,可以根据需求任意配置,并提出了高精度PWM波形发生的要求。 该设计也实现了产生路数可配置的PWM波形,具有精度高、频率可调、各路脉冲间的相位可调的特点。过压、过流保护模块,具有响应速度快的特点。串口通信模块,成功实现了串一并转换。整个外围芯片可以任意配置模块,易于修改,配置灵活。

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