CPLD在基于PCI总线功率模块设计中的应用

1、cpld在基于pci总线功率模块设计中的应用在机电一体化控制系统中，直流电机常用于控制系统的执行器，是电机控制的重要部分，能根据处理器命令驱动电机运转实现电机控制。目前直流电机(pulse width modulation，脉宽调制)驱动控制方式应用最为广泛。2 直流的pwm控制原理直流电动机具有良好的线性调速特性，控制功能容易,效率高及动态特性优异，因此是大多数调速控制电动机的最佳挑选。普通直流电机的控制信号包括脉宽调制(pwm)、方向(dir)和刹车(brake)信号。而pwm脉宽调制可视为速度信号，通过转变pwm信号的占空比来控制电动机，方向信号控制电动机转向，刹车信号控制电动机启停。由

2、图1看出，pwm调速时，转变占空比有三种办法。(1)定宽调频法：保持t1不变，只转变t2，这样使周期t(或频率)也随之转变。(2)调频调宽法：保持t1不变，转变t2，这样使周期t(或频率)也随之转变。(3)定频调宽法：周期t(或频率)保持不变，同时转变t1和t2。在设计中，输入不同的周期和占空比可挑选相应转变占空比喻法，从而实现pwm调速。3 系统设计一些新型具有pwm功能,能按要求自动输出pwm信号，但笔者研制的基于pci的机电一体化产品控制系统,与电机驱动器通过pci总线实现通信,其系统结构图2所示,图3为mcu模块与功率模块衔接图。mcu与其他模块间的通信都是通过pci总线实现的，而电机

3、工作期间功率模块上的电机驱动器需要延续不断的pwm信号。假如用法mcu发送pwm信号则需长时光占用pci总线，导致在驱动电机期间mcu无法与其他模块通信。因此，采纳cpld实现数字控制pwm信号。31 cpld功能设计系统设计时考虑到有用和成本等因素，选用公司flex6000系列cpld epf6010atc100-1。epf6010atc100-1是专为大容量设计的一种低成本可编程交叉式门阵列,共有16 000个可用门,1320个规律单元，117个io引脚，每个io引脚都有自立的三态输出访能控制。该器件采纳opeflex结构，采纳最小的封装尺寸并具有高性能和高布线率。器件的基本组成是规律单元

4、(le)。每个规律单元由一个4输入查找表、一个寄存器以及作为进位链和级连链功能的专用通道。每10个规律单元组成一个规律阵列块(lab)，并采纳sram构造,可通过外部eeprom或控制器实现在线配置,便于设计者在设计初期以及设计测试过程中对设计灵便修改，同时也能够通过在线重新配置转变其内部功能。图4为产生pwm信号的cpld衔接图。cpld功能设计思路：对电机控制时，mcu将一个16位数据写入cpld器件的寄存器，cpld则根据不同的数据产生相应的pwm波形。16位数据的分配5所示。epf6010atc100-1的输入信号共有16个数据信号(ld15：0)和4个控制信号(clk、blast、c

5、s和reset),16个数据信号用于接收：mcu模块发送的16位数据字。4个控制信号中，clk为cpld工作的时钟信号，频率可高达40 mhz，用于计数并产生精确的pwm占空比：blast为状态信号,低电平常表示处于数据期，此时将数据读入寄存器，等待blast升高沿，即该次数据拜访结束后发出pwm信号：cs信号用于片选cpld器件：reset则用于对cpld器件复位，复位后，6个输出引脚均为高阻态。本系统设计选用的电动机pwm控制系统是双极性可逆系统,双极性驱动是指一个pwm周期中，作用于电枢两端的脉冲电压正负交替：可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转,因此采纳两个引脚产生pwm信号来控制电

6、机的正反转。p10和p11、p20和p21、p30和p31设置为三组pwm信号通道，当p10产生pwm波形时p11为低电平，此时电机正转，反之电机反转，并通过ld15控制电机运转方向。为了简化程序设计和以节约成本,按照实际需要，设计该三组通道不同时产生pwm信号，同一时刻只产生一组pwm信号，通过ld14：13挑选详细通道产生的pwm信号；ld12：6用于给定pwm信号的占空比；ld5：0用于给定pwm信号频率，范围为1 khz63 khz，能满足驱动电机需要。假如需要转变pwm信号的占空比、频率、方向或更换pwm通道，只需再发送一个16位数据即可足要求。32 cpld开发工具altera公司

7、开发的 ii软件为可编程片上系统(sopc)设计提供了一个工具齐全、功能强大的设计环境。quartus ii软件可完成设计输入、综合、布局布线、时序分析、和编程等功能。按照需要选用cpld器件系列,采纳veilog hdl语言输入方式编写控制组合规律代码和测试激励代码，利用quartus ii软件自带的工具分析综合代码,并举行布局布线、资源分配以准时序分析和波形仿真。quartus ii还为第三方工具软件提供了友好接口，可挺直在quartus ii中调用modelsim软件举行前期的功能仿真和布局布线后的时序仿真。4 结束语利用cpld技术实现了规律和时序的控制,简化了硬件电路设计。基于cpld的可编程特点，可以在不转变硬件电路整体结构的状况下对设计电路举行改造、升级以及维护：并且削减了软件程序的操作命令，简化了系统结构，提高了数据处理和读取速度。基于cpld的pwm控制器电路结