FPGA双核系统的直流电机调速系统设计(3)
1.3研究目的
直流电动机因为具有良好的启动性能和宽广平滑的调速特性，从而被广泛应用于电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和启动设备等这些需要经常启动并调速的电气传动装置中，直流发电机主要用作直流电源。此外，小容量直流电机大多在自动控制系统中以伺服电动机、测速发电机等形式作为测量、执行原件使用。
当基于FPGA的嵌入式系统时，在设计周期之初就不必为每个模块做出用硬件还是软件的选择。如果在设计中间阶段需要一些额外的性能，则可以利用FPGA中现有的硬件资源来加速软件代码中的瓶颈部分。由于FPGA中的逻辑单元是可编程的，可针对特定的应用而定制硬件。所以，仅使用所需要的硬件即可，而不必做出任何板级变动(前提是FPGA中的逻辑单元足够用)。设计者不必转换到另外一个新的处理器或者编写汇编代码，就可做到这一点。使用带有可配置处理器的FPGA可获得设计灵活性。设计者可以选择如何实现软件代码中的每个模块，如用定制指令，或硬件外围电路。此外，还可以通过添加定制的硬件而获取比现成微处理器更好的性能。
另一点要知道的是，FPGA有充裕的资源，可配置处理器系统可以充分利用这一资源。算法可以用软件，也可用硬件实现。出于简便和成本考虑，一般利用软件来实现大部分操作，除非需要更高的速度以满足性能指标。软件可以优化，但有时还是是不够的。如果需要更高的速度，利用硬件来加速算法是一个不错的选择。FPGA使软件模块和硬件模块的相互交换更加简便，不必改变处理器或进行板级变动。设计者可以在速度、硬件逻辑、存储器、代码大小和成本之间做出折衷。利用FPGA可以设计定制的嵌入式系统，以增加新的功能特性及优化性能。
目前，虽然由晶闸管整流元件组成的固态直流电源设备已基本上取代了直流发电机，但直流电动机仍因为其良好调速性能的优势在许多传动性能要求高的场合占据一定的地位，而FPGA又具有很强的性能及其优势，基于FPGA的直流电机的控制还是有应用价值[1]。
1.4研究内容
本文根据以上这些特点，对直流电机的控制研究采用了一种基于FPGA平台，采用硬件描述语言加上Quartus II软件进行设计。具体的研究内容为：
1.查找相关文献，研究直流电机的基本特点及其工作原理，并且对直流电机的PWM控制进行研究分析。
2.对要进行的研究进行分析，在FPGA系统上进行软件设计并应用到实际的控制系统中。
3.研究系统的重点在FPGA系统上运用Nios II实现直流电动机的双核调速。
1.5论文安排
第二章FPGA与硬件描述语言在此基础上详细解读直流调速系统原理之后在第四章详细解读直流电机的设计方案，在此基础上写第五章的在Nios II基础上实现双核直流电机调速以及自己所写程序解读。
第二章 FPGA与硬件描述语言
在本章中首先介绍FPGA的基本知识，以及所要涉及的芯片；在此基础上介绍设计中需要应用的硬件语言，以便使下面的设计更加完整，并方便阅读。
2.1数字系统集成的基本概念
数字系统单片化的具体表现是专用集成电路。在过去，我们常用定制电路和半定制电路来分类。其中半定制电路又可以分为门阵列、标准单元和现场可编程IC。随着现场可编程IC技术的不断成熟，现场可编程lC的设计和应用成本不断降低，器件规模和品种不断增加，在越来越多的领域和产品中，特别是生产批量小，转型更新更快的数字化传统产品中，直接采用以FPGA、CPLD为代表的现场可编程IC来实现硬件单片集成已成为时尚。现代集成电路设计与实现主要可分为工艺集成技术和现场集成技术。