基于FPGA芯片的变频风机控制系统数据处理模块的设计与实现

摘要

随着电子信息产业日新月异的蓬勃发展，集成电子设备和计算机网络控制系统正在向各行各业普及，传统的高功耗产业也在试图向电子智能控制的方向寻求改革，以期引进高效的网络控制系统，达到节约人力、物力和财力的目的。本论文针对炼铁厂除尘系统风机的节能改造，通过智能化变频控制，使系统在不降低除尘效果的同时，很大程度上实现能耗节约。
　　FPGA是一种可编程逻辑器件，新一代FPGA集成了中央处理器或者是数字信号处理器内核，具有运算功能强大、逻辑设计灵活和运行速度快等诸多优点，可实现现场控制过程中的高速信号处理。
　　论文在阐述除尘风机变频节能控制系统构成及工作机理的基础上，以FPGA芯片为基础，通过设计制作外围硬件电路，并编写软件程序实现了适应于变频风机控制系统中的数据处理模块。
　　论文的主要工作如下:
　　选择CycloneⅡ系列FPGA芯片作为数据处理模块的基础，以FPGA逻辑电路的有关理论为指导，参照Altium Designer14的设计流程，设计并制作了数据处理模块的硬件电路。将基于位的中值滤波算法用于FPGA数据处理模块，并在QuartusⅡ平台下编写了数据处理模块的软件程序。通过Modelsim环境下的仿真与实验，验证了该模块具有良好的滤波效果，可满足风机变频控制系统数据处理的要求。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 论文的选题背景

1．2 除尘风机变频控制系统的构成及原理

1．3 论文的主要内容

1．4 论文研究与应用的意义

2 FPGA的硬件组成

2．1 FPGA芯片

2．1．1 可编程输入／输出单元

2．1．2 基本可编程逻辑单元

2．1．3 嵌入式块RAM

2．1．4 丰富的布线资源

2．1．5 底层嵌入功能单元

2．1．6 内嵌专用硬核

2．1．7 功能引脚

2．2 FPGA的配置方式

2．2．1 主动配置方式(AS)

2．2．2 被动配置方式(PS)

2．2．3 JTAG配置方式

2．3 供电电源

2．3．1 CLB的供电电压VCCINT

2．3．2 I／OB的供电电压VCCIO

2．3．3 辅助电压VCCAUX

2．4 时钟网络

2．4．1 全局时钟

2．4．2 锁相环PLL

2．4．3 全局时钟布线资源

2．5 其他器件接口

2．6 本章小结

3 FPGA数据处理模块的硬件设计

3．1 原理图设计

3．1．1 原理图的组成

3．1．2 元器件库

3．1．3 电路原理图设计流程

3．2 PCB设计

3．2．1 PCB版图和板层的设置

3．2．2 完成布线

3．3 FPGA设计

3．3．1 Verilog设计文件

3．3．2 Verilog测试文件

3．3．3 完成FPGA电路板的制作

3．4 本章小结

4 数据处理模块的实现

4．1 中值滤波算法的设计

4．1．1 求取中值

4．1．2 确定阈值

4．2 仿真实现

4．2．1 Quartus Ⅱ平台下完成算法设计

4．2．2 Modelsim环境下完成仿真

4．3 硬件实现

4．3．1 多路传感器的信号采集

4．3．2 FPGA的数据处理

4．3．3 LabVIEW系统控制变频器

4．4 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集