FPGA直流电机伺服驱动控制系统的设计+源程序(3)
随着半导体工艺以及电气技术不断的发展，单片机有自己的特点：品种多样；型号多；CPU从4, 8, 16, 32发展到64位；高性能和容量大[9]。目前市场上一般的单片机的性能有以下诸多特点：集成度不断提高，一个芯片可容纳几百万个晶体管；在一秒内可进行数百次运算；工作频率最大达到40MHz,存储器容量发展到4K, 8K, 64K，ROM发展到32K，64K, 256K；功耗低，结构简单，使用灵活以及成本不断低等。但同时由于单片机的内部硬件电路固化，使在处理复杂运算时，经常发生故障，不能满足高精度的控制要求。此外单片机外围电路相对比较复杂，对系统的稳定性和可靠性有较大影响[10]。
专用芯片是针对控制器或系统所需要而专门设计制造的集成电路，合成在一个芯片上，简称ASIC。它使整个系统电路优化，使用元器件数量减少，布线缩短，重量和体积减小使系统集成度高，提高了系统可靠性。专用芯片具有功能强，品种多的特点；但是它不利于生产小批量，因为研究与设计周期长，生产工艺复杂等等会使芯片成本较高。直流电机控制芯片中所实现的算法一般比较简单，难以应用在高性能，高精度的场合[11]。
数字信号处理(DSP) (digital signal processor)是一种独特的微处理器，通过数字器件来处理信号[12]。DSP 芯片采用的结构式一种内部有两个不同的存储空间来分开存储程序指令与数据存储的哈弗结构。DSP结构具有DSP内核、存储器以及外围设备等部分。其中DSP内核是中央控制，其主要功能是信号处理，进行数据运算处理。它包括的运算模块主要有中央算术逻辑单元 CALU、累加器、两个状态寄存器、移位器、辅助寄存器、乘法器和积分器等，这些运算模块的存在使得DSP具有了强大的数字信号处理性能[13]。存储器主要由544字的双口RAM随机存取存储器、单口FAM、32K字的Flash程序存储器组成。外设备主要有事件查看管理器、同步通信模块，异步通信模块、数模转换模块、CAN通信接口控制器等。由上面结构的特点可知DPS的编程更加灵活、系统升级更加方便、A/D转换精度更高。通过改变转换位数就能满足信号处理与算法的精度要求，使得可靠性能更高，元件不受外界各种因素如温度湿度，电磁场等等的干扰，一个较小的芯片的高度集合各种功能可以有效地降低功耗。但是即便DSP有如此多优点，缺点仍然存在，如DSP开发周期长，在处理数据受到工作频率以及串行结构限制。数字系统大部分采用有源器件构成，非常耗电，没有无源器件可靠。而且用DSP 控制电机所需的外围元件较多，影响了控制系统的可靠性[14]。
可编程逻辑器(CPLD/FPGA)包括复杂可编程逻辑器(CPLD)与现场可编程门阵列(FPGA)，两者之间的的功能基本相同，只有在实现的原理上略有不同，所以一般情况可以忍略两者之间的区别[15]。 在二十世纪末CPLD/FPGA高速发展，它不仅具有电擦除特性，而且在之后的发展中出现了在线编程以及边缘扫描等高级特性[16]。另外，外围I/O 模块扩大了在系统上应用范围与扩展性能。1998 年FPGA的生产主要的芯片只有几万门集成在一个芯片上，但不过多久时间新的芯片出现即可达到二十几万门逻辑。在二十世纪芯片的集成度突破百万门甚至有两百万门产品问世。并且现在新型的FPGA采用的6层金属层，0.22 ，0.18 ，0.13 的CMOS工艺另外在系统上，CPU 正向发展，目前器件一般采用5V，3.3V，2.5V的电压兼容，在线速度可超过200MHz。由上面发展的总结CPLD/FPGA 器件正向达到更高的速度，更高的的集成度和更灵活以及功能更强的方面发展。
可编程逻辑件(FPGA)采用了逻辑单元阵列，内部结构包括三大部分分别是逻辑块(CLB)，输入/输出模块(IOB)和互联资源(IR)，在芯片内部可以完成设计专用集成(ASIC)电路，并且可以完成一些复杂的逻辑电路以及FPGA器件集成高，有较好响应速度，体积小。因此，采用FPGA芯片作为直流电机控制器的核心处理器是本研究的最佳选择。以FPGA 为控制核心控制器的电机驱动控制系统具有以下优点[17]：
上一篇：鲁棒数据协调技术研究+文献综述