基于Nios II的過程控制實驗裝置研究

利用SOPC強大的IP核和容易配置的優(yōu)勢簡化設計流程。充分發(fā)揮NiosⅡ強大的并行處理能力。該系統(tǒng)主要涉及多個下位機與FPGA的通信問題。

　　1. 功能描述

　　1.1 整體設計思路

　　利用SOPC強大的IP核和容易配置的優(yōu)勢簡化設計流程。充分發(fā)揮NiosⅡ強大的并行處理能力。該系統(tǒng)主要涉及多個下位機與FPGA的通信問題。通過SOPC設計技術可以很容易的構造多個UART接口，降低系統(tǒng)的設計成本。在Quartus中可以用VHDL/Verilog語言寫入總線復用模塊，解決SRAM、SDRAM、FLASH之間存在的總線沖突問題。

　　顯示和操作部分的硬件主要在Altera的CycloneⅡEPSC35板上由SOPC Builder配置實現(xiàn)。傳感檢測和信號處理部分則通過系統(tǒng)擴展來實現(xiàn)。特別是放大和A/D轉換部分，必須由專門的模塊來處理。

　　1.2 系統(tǒng)的主要功能

　　旋風預熱器仿真主要實現(xiàn)對水泥回轉窯模型在模擬工作狀態(tài)下的參數(shù)檢測和控制。由傳感器采集的數(shù)據經過放大和修正送入A/D轉換芯片，轉換后的數(shù)據送入作為下位機的AT89S52系列單片機中，通過串口通信的方式將數(shù)據流送入作為上位機的DE2開發(fā)板中，利用NiosⅡ軟核的VGA視頻顯示功能將采集的數(shù)據顯示為狀態(tài)曲線。

　　同時，利用FPGA快速反應的優(yōu)點，實現(xiàn)對下位機部分的控制，從而對模型的模擬工作狀態(tài)進行調整和監(jiān)控。整個旋風筒模型由透明的有機玻璃構成，具有很強的觀賞性。LED燈的提示和LCD的數(shù)字顯示更加提高了整體的實用性。由于系統(tǒng)的各個單元之間存在獨立性，因此，本系統(tǒng)可以做為教學上的演示模型。傳感器的用法，A/D的用法，放大的原理以及通信和FPGA的使用都可以獨立的用來作為教學模型。在旋風筒模型上預留了各成120度的三維測量孔，裝入傳感器后可以同時在X、Y、Z三維場中檢測，實現(xiàn)同一參數(shù)的三維測量。因此，該系統(tǒng)在科研方面也具有很大的實用性。

　　2. 系統(tǒng)模塊概述

　　本系統(tǒng)主要由檢測單元、信號放大修正單元、串口通信單元、顯示單元組成。各個部分通過單片機和FPGA之間的通信聯(lián)系在一起。構成一個完整的集檢測、通信、顯示、控制為一體的系統(tǒng)。本系統(tǒng)只測量模擬工作下一維場中的狀態(tài)參數(shù)。風機的控制使用專用的晶閘管智能控制模塊，直接由0～5V電壓控制輸出0～220V的風機電源電壓。

　　方案的硬件設計框圖如圖1所示。

　　3. 模塊功能描述

　　3.1 顯示單元

　　整個處理過程就是對四路傳感器所采集的實時數(shù)據進行分時顯示。通過按鍵操作VGA，讓四路參數(shù)狀態(tài)的曲線可以分屏顯示。顯示屏采用普通的PC機顯示器，顯示像素為480640。當?shù)谝宦窋?shù)據流通過串口通信送入上位機后，軟核處理器將該組數(shù)據流迅速進行暫存，按鍵操作VGA顯示函數(shù)選擇屏數(shù)并調用這部分數(shù)據在顯示屏上依次點亮對應的像素點，從而可以將整個數(shù)據流所對應的狀態(tài)曲線動態(tài)的顯示在屏幕上，達到可視化的監(jiān)控效果。

　　在第一屏進行畫線顯示的同時，處理器將繼續(xù)對各路參數(shù)的數(shù)據流進行接收和緩存。按鍵操作進入第二屏后，開始對第二個參數(shù)狀態(tài)進行畫線和實時數(shù)值描述，四路狀態(tài)曲線全部畫完結束返回。 在這個過程中，處理器同時調用字符液晶顯示和數(shù)碼管的顯示函數(shù)，對當前數(shù)據的平均值和瞬時值進行準確的數(shù)值描述。LED用于提示當前分屏顯示的屏數(shù)，即提示目前采集的參數(shù)類型。按鍵用于控制風機轉速。顯示單元的系統(tǒng)軟件設計框圖如圖2

上一頁 1 2 下一頁