基于FPGA的智能控制器的设计与实现

论文摘要

随着科技的进步和集成电路（IC）技术的不断提高,传统的工业控制器已经逐步向高性能、数字化、智能化、网络化的智能控制器发展。其中,FPGA及通信技术的广泛使用,为智能控制器的设计提供了新的方案。本文对智能控制器的发展现状与趋势以及FPGA技术的发展历史与现状进行了概述,开发了基于FPGA的智能控制器,具体工作内容如下:1)智能控制器整体设计方案的确定:使用Actel公司的Fusion混合信号FPGA（AFS600）,采用自顶向下及自底向上的设计方法设计智能控制器六大子模块:输入输出模块、智能控制模块、通信模块、监控模块、报警模块、时钟模块,同时概述了硬件开发平台与软件开发环境的选择以及所用Verilog HDL硬件描述语言的相关内容;2)智能控制器硬件设计:提出各硬件电路的详细设计方案。具体为:采用SPX1117电源芯片设计电源;采用48MHz的有源晶振设计时钟;采用12位逐次逼近型（SAR）ADC设计数据采集装置;采用TC1602 A-01液晶显示模块设计监视设备:采用硬键盘设计人机交互装置;采用LED与交流蜂鸣器设计报警装置;采用Sipex公司的SP3232E芯片或SP5301芯片设计通信装置;3)智能控制器软件设计:采用Verilog HDL硬件描述语言编写驱动程序以及各个功能状态机,设计智能控制器六大子模块。其中,智能控制算法采用模糊自整定PID算法。最后对各个模块进行独立仿真,从而实现智能控制器全部功能;4)智能控制器在温度控制系统中的应用:采用本智能控制器对以Cu50热敏电阻与加热电阻丝构建的温度控制系统进行监控,并使用LabVIEW设计上位机监控程序,通过串口通信进行数据通信。结果表明:在本智能控制器控制下,被控对象的温度能够得到有效控制,同时智能控制器的监控部分能够实时反映变化过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 智能控制器概述
• 1.2 FPGA概述
• 1.3 课题任务及主要工作
• 2 智能控制器整体设计方案
• 2.1 智能控制器整体设计方案
• 2.2 智能控制器开发环境
• 2.3 VERILOG HDL硬件描述语言
• 2.4 本章小结
• 3 智能控制器硬件设计
• 3.1 电源
• 3.2 时钟
• 3.3 数据采集
• 3.4 人机交互
• 3.5 报警
• 3.6 通信
• 3.7 本章小结
• 4 智能控制器软件设计
• 4.1 时钟模块
• 4.2 输入输出模块
• 4.3 智能控制模块
• 4.4 监控模块
• 4.5 报警模块
• 4.6 通信模块
• 4.7 本章小结
• 5 智能控制器在温度控制中的应用
• 5.1 温度控制系统的基本构成
• 5.2 上位机监控程序设计
• 5.3 温度控制系统的构建
• 5.4 智能控制器在温度控制中的应用
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 攻读硕士学位期间的获奖情况
• 致谢