基于FPGA的汽车油改气电控系统的研究
摘要：介绍了一种基于FPGA的汽车油改气电控系统的研究与设计，采用自顶向下模块化设计，依据功能将FPGA划分成几个模块，详细论述了各模块的设计方法和控制流程，给出核心模块的状态流程图及时序仿真波形。经在MATLAB和QuartusII环境下仿真和实际电路验证，系统可以达到预期效果。
随着全球资源短缺、环境污染和生态环境的恶化，汽车与环境的相容性研究已经成为汽车发展研究的主题。天然气汽车具有排放污染显著降低、燃料经济性好、安全性高、发动机寿命长等优点，因此被认为是未来最有前途的一种汽车燃料。在这种强大的市场需求驱动下，油改气方案势在必行，可以根据汽车外部采集的数据对其进行分析、研究与设计。
1 系统总体结构
本系统以FPGA为中心，主要包括以下部分：(1)信号采集部分：包括一系列的汽车传感器，实时获取发动机各项参数；(2)ECU模块：系统的控制核心；(3)执行机构：实时执行ECU的控制指令，使发动机正常工作；(4)人机交互界面设计：完成上下位机之间异步串行通信，实时观测系统运行状况。图1为系统总体结构图。
2 FPGA主要模块实现
根据汽车电控单元的需求，设计选用的FPGA是ACTEL公司基于非易失性Flash技术的A3P250器件(100-VQFP)。器件采用了精细颗粒架构VersaTile，具有250K系统门结构，采用了130nm的工艺技术，内核电压1.5V，时钟频率48MHz。A3P250是反熔丝的，抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快，应用较广。FPGA功能模块描述语言主要包括时钟逻辑模块、A/D采样控制模块、模糊控制模块、步进电机控制模块、PWM产生模块、UART通信模块等。系统设计模块如图2所示。
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