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基于SOPC的实验转台测控系统设计与实现-控制科学与工程专业论文

Classified Index: TP273 U.D.C.: 681.52 Dissertation for the Master’s Degree in Engineering DESIGN AND REALIZATION OF EXPERIMENTAL TURNTABLE MEASUREMENT AND CONTROL SYSTEM BASED ON SOPC Candidate: Zhao Shengbin Supervisor: Associate Prof. Wang Yi Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Control Science and Engineering Affiliation: School of Astronautics Date of Defence: July, 2013 Degree-Conferring-Institution: : Harbin Institute of Technology 摘 要 测控技术是现代工程实践中必不可少的重要组成部分,转台是用来对惯性元 件进行测试和标定的主要设备,测控技术在转台研究的应用也越来越广泛,随着 计算机技术的发展,测量与控制器在上个世纪就由模拟控制器逐渐转变为了数字 控制器,测控性能也不断提高。本世纪初诞生的 SOPC 技术实现了在 FPGA 中嵌 入内核处理器,使得 FPGA 同时具有了可编程逻辑器件和微处理器的功能,这样, 用一片 FPGA 芯片就可以代替原来的微处理器和 FPGA 两片芯片所实现的功能, 降低成本的同时提高了系统的可靠性,为测控技术的发展带来了新的曙光。本文 以此为背景,将 SOPC 技术应用到测控领域中,在一片 FPGA 上实现了常见的测 控功能。 本文以 Altera 公司的 EP2C8 系列 FPGA 芯片为主控芯片,详细介绍基于 SOPC 系统的开发流程、开发工具以及 Nios II 处理器的结构、性能和 Avalon 总线规范。 通过测控系统的功能设计,完成了 FPGA 平台的电路设计,包括电源电路、片外 存储器、串口通信、外部 AD/DA 电路等。 论文的主体部分是利用搭建好的硬件系统进行 SOPC 测控系统的开发,主要 完成的功能有测频、测角、信号发生、数据采集以及 PWM 波形的产生以及在转台 伺服控制方面的应用。以上各个功能模块的实现充分利用了在 FPGA 上开发嵌入 式系统的优越性,同时采用了自定义 IP 技术,将可编程逻辑器件和微处理器的优 点相结合,完成相应的功能设计。 关键词: SOPC 技术;测控系统;Nios II;IP 核;电机控制 Abstract Measurement and control technology is playing an important role in modern engineering practice.Turntable is major equipment used for testing and calibration of inertial components and measurement and control technology in the turntable research applications are increasingly widespread.With the development of computer technology, measurement and control instrument gradually shift from analog controller to digital controller in the last century, and its performance is also rising. Born in this century, SOPC technology succeed in embedding a core processor in the FPGA, making FPGA has functions of programmable logic device as well as microprocessor, so you can use one FPGA chip instead of the original twos: a microprocessor and a FPGA achieved by the function of chips, reducing costs while improving the reliability of the syste

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