基于DE2开发板的直流电机控制系统的设计

　　摘要：介绍一种直流电机控制系统的设计方案，该方案以Nios II作为控制系统的核心单元，采用基于Avalon总线的IP和用户自定义的基于Avalon总线的逻辑单元作为外设，具有系统设计简单，稳定性高，易拓展等特点。

　　引言

　　直流电机(DC machine)是一种常用的机械能和电能转换的元件，由定子和转子两种基本结构组成，其中，定子是运行时静止不动的部分，主要作用是产生磁场;转子是运行时转动的部分，主要作用是产生电磁转矩和感应电动势。使用者通过对外围输入信号的控制间接控制定子和转子，进而实现控制直流电机的工作。

　　目前，在直流电机的控制系统中，很多设计者喜欢采用单片机(如8051)或者DSP(如MSP430)作为微控制器，这样做的优点是成本较低，缺点是需要较多的外围电路和端口，可能会导致系统的稳定性不够高。

　　本设计给出一种方案，该方案采用Altera公司提供的Nios II作为控制系统的核心单元;采用Altera提供的基于Avalon总线的IP和用户自定义的基于Avalon总线的逻辑单元作为外设;采用DE2开发板作为验证平台。

　　Altera提供的DE2开发板拥有丰富的硬件资源：主芯片FPGA(EP2C35)有35K LES，8MB SDRAM，4MB FLASH，4个按键开关，27个LED灯，80脚扩展端口，TV解码器及其接口，24bits CD品质声道CODEC，USB控制器及其接口，以太网，等等。这些硬件资源能够满足较为复杂的硬件设计。　　

 

　　硬件设计

　　如图1所示的系统硬件结构，虚线框内为FPGA(EP2C35)内部硬件结构，其中：

　　1)Nios II为Altera推出的32位RSIC嵌入式处理器，它作为整个系统的核心，控制着系统的正常工作;

　　2)Timer为定时器，主要用于系统的中断等服务;

　　3)JTAG-UART为自定义模块，主要用于软件设计过程中的调试;

　　4)PIO为自定义外设模块，经设计后可以挂载到Avalon总线上，它与4个按键相连接，这样按键和Nios II之间便可通过总线进行通信;

　　5)按键，共4个，作用分别是控制系统启动，控制电机加速，控制电机减速，控制电机转向;

　　6)SDRAM控制器为自定义外设，经设计后可以挂在到Avalon总线上，这样Nios II可以经过总线与SDRAM进行数据通信;

　　7)Flash控制器为自定义外设，经设计后可以挂在到Avalon总线上，这样Nios II可以经过总线与Flash进行数据通信;

　　8)PWM(脉冲宽度调制)模块为自定义模块，经设计后可以挂在到Avalon总线上，这样Nios II可以通过控制该模块实现控制直流电机的功能;

　　9)SDRAM用于存储软件运行时的一些指令和数据，Flash用于FPGA下载固化程序;

　　10)驱动电路用于将PWM信号进行转换进而驱动直流电机。