FPGA在变频控制系统中的应用

本 文论 述 数字下 变频 技 术 的一种 Ｆ ＧＡ 实现 方 法 ， 比较 低 的 系统 成本 ， Ｐ 用 实现 比较 高 的谱 分 辨 率 的数
字接 收系统 ， 完成 对 气象 信号 的有效 处 理 。实 际的 系统 选 用 ４ ＭＨｚ时钟 对 ６ ＭＨｚ的 雷 达 中频 信号 采样 ， ８ ０ 然后 经过 Ｆ ＧＡ 的数字 下 变频及 其滤 波处理 ， 到信 号的包 络和 相位信 息 。 Ｐ 得
【 要 】 提 出 用 ＦＰ 摘 ＧＡ 器 件 实 现 一 个 完 整 的 数 字 下 变频 系 统 的 方 法 ， 出 Ｖｅ ｉ ｇ 给 ｒｌ ＨＤＬ语 言 ｏ
的描述 ， 实现 高效的运 算 结构 ， 小 了运 算量 ， 高 了系统性 能。本 系统 已经在 某 型 气 象雷 达 的数 减 提 字接 收 系统 中得到 采 用 ， 参数 得 到验证 ， 能优 良 。 性 关键词： Ｐ Ｆ ＧＡ； ｒ ｏ ＨＤＬ； Ｖｅｉ ｇ ｌ 欠采 样技 术 ； 字 下 变频 ； 数 多抽 样率 系统
（ ｄｉ Ｘｉ ａｎ Ｕｎｉ ｒ ｉｙ，Ｘ ｉ ａ ｖｅ ｓ ｔ ’ ｎ，７ ０ ７１ １０ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｓ ｒ ｃ ： ｍｅｔ ｄ ｏ ｓｎｇ ＦＰＧ Ａ ｅ ｉｅ ｔ ｅ ｉｅ ｄ ｇ ｔ ｌｄｏ ｏ ｖｅ ｔｎ ｙｓ ｅ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｈｏ ｆ ｕ ｉ － ｄ ｖ ｃ Ｏ ｒ ａｌ ｉ ｉａ ｗｎ ｃ ｎ ｒ ｉ ｇ ｓ ｔ ｍ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ，ａ ｄ ｚ ｎ ｔ ｓｒｐｉ ｆ ｈｅｄｅ ｃ ｉ ｔｏｎ ｏ Ｖｅ ｉｏｇＨＤＬ ｌ ｎ ａ ｅ ｉ ｉ ｅ Ｏ ｔ ａ ｔ ｇ ｆｉｉ ｎ ｙ ｏｐ ｒ ｔｏｎ ｌ ｔ ｕ ｔ ｒ ｉ ｕ — ｒｌ ａ ｇｕ ｇ ｓ ｇ ｖ ｎ Ｓ ｈ ｔ ｈｅ ｈｉ ｈ ｅ ｆｃｅ ｃ ｅ ａ ｉ ａ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｓ ｆ ｌ ｆｌｅ ｉｌｄ，ａ ｄ ｔ ｐｅ ａｎ ｓ ｒ ｄｕ ｅ ｎｄ ｔ ｙ ｔ ｍ ｅ ｆ ｍａ ｅ ｉ ｎ ｎｃ ｄ Ｔｈｉ ｅ ｈｏ ｓｂｅ ｎ ａ ｐ ｅ ｎ ｈｅ ｏ ｒ ｄ ｉ ｅ ｃ ｄ ａ ｈｅｓ ｓ ｅ ｐ ｒｏｒ ｎｃ ｓｅ ｈａ ｅ ． ｓｍ ｔ ｄ ｈａ ｅ ｄｏ ｔ ｄ ｉ ｈ ｇｉａ ｅ ｅ ｖ ｎ ｕ ｙｓ ｅ ｏｆａ ｃ ｒ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｏ ｏ ｃ ｌｒ ｄａ ，ａ ｄ ｔ ｐ ｃｆｃ ｔｏｎ ｒ ｅ ｉｉｄ ａ ｄ ｎ ｔ ｅ ｄｉ ｔ ｌｒ ｃ ｉ ｉ ｇ ｓ ｂｓ ｔ ｍ ｅ ｔ ｉ ｔ ｏｒ ｌ ｇｉａ ａ ｒ ｎ ｈｅ ｓ ｅ ｉｉａ ｉ ｓ ａ ｅ ｖ ｒｆｅ ｎ ｔ ｅ ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｓ ｐ ｒ ｅ ｔ ｈ ｒｏ ｍ ｎ ｅ ｉ ｅ ｆ ｃ ．

平 均值 决 定 于 占空 比 ａ的大 小 ， 所 以， 通 过 改 变 ｎ的
值， 可 以改 变 电机 两端 电压 的平 均值 ， 从而达 到调 速 的 目的＿ ４ ］ ． 脉宽 调制原 理框 图如 图 １所 示 ， 波形 图如 图
２所 示 ．
控制 车 内温度 的 目的．
１ Ｐ Ｗ Ｍ 的 调 制 原 理
度进 行 处 理 ， 产 生 占空 比为 １ Ｏ ％～ １ ０ ０ 的 可 调 的 Ｐ Ｗ Ｍ 控制 信号 ， 控 制膨胀 阀及压 缩 机 工作 ， 从 而达 到
比例 ， 占空 比越 大 ， 电机 转 速 越 快 ． ａ是 一 个很 重要 的 参数 ， 在 电源 电压 不 变 的情 况 下 ， 电机 两端 的电压
的规模 、 内部 互 连线 的 结构 和采 用 的可 编 程元 件 上存
在 较 大 的差 异 ， 较 常 用 的 有 Ａｌ ｔ ｅ ｒ ａ 、 Ｘ ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｘ和 Ａｃ ｔ ｅ ｌ
即可 使 电压与频 率协 调变 化． 若在 一 个 周期 丁 内 的导
通 时间为 ｔ ， 则 电机两 端 的平 均 电压 Ｕ 为 ： ｕ—Ｕ ×丁 ｔ一口 式中， ａ为 占空 比 ， ａ —ｔ ／ Ｔ（ Ｏ ≤ｎ ≤１ ） ； Ｕ 是 电源 电压 ． 由于 电机 电压与 电机 的转 速成 比例 ， 而 电机 电压 与控
制 器 的 实 现 原 理 及 ＶＨＤ Ｌ的 实 现 方 法 ． 该 控 制 器 能 产 生 占空 比为 ｌ Ｏ ～ｌ Ｄ Ｏ ％的可调的 Ｐ ＷＭ 控制信号 ， 控 制压 缩 机 电
机的频率变化 ， 从 而 达 到对 制 冷 量 调 节 的 目的 ． 运 行结 果表 明， 该 系统控制 精度高 、 可靠 性好 ， 具有设 计灵 活 、 处 理 速 度

ｐｏ ｅｓ ｏ Ｉ ｓｇ ａ ｂ ｆｒ ｔｅ ｂ ｓ ｂ ｎ ｐｏ ｅｓ ｒｃ ｓ ｆ Ｆ ｉｎ ｌ ｅｏｅ ｈ ａｅ ａ ｄ ｒｃ ｓ
ｗｈ ｃ ｏｌｗｓ Ａ Ｄ ｃ ｎ ｅ ｓ ｎ ｉ ｒ ｌｓ ｏ ｉｈ ｆ ｌ ｏ ／ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｗｉ ｅ ｓ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ， ｅ ｐ ｐ ｒ ｐ ｔ ｆ ｒ ａ ｄ ａ ｎ ｗ ｉ ｅ ｆ ｕ ｉ ｚｎ ｈ Ｐ ｏ ｅ ｎｃ ｔ ｏ ｔ ａ ｅ ｕ ｓ ｏ ｗ ｒ ｅ ｄ ａ ｏ ｔ ｉｉｇ ｔ ｅ Ｆ — ｈ ｌ ＧＡ ｔ ｅ ｌ ｅ ｍｕ ｔ ｃ ａ ｎ ｌ ｄ ｇｔｌ ｓｇ ａ ｏ ｒａ ｉ ｌ — ｈ ｎ ｅ ｉｉ ｉ ｎ ｌ ＤＤＣ ｚ ｉ ａ ，Ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｆａ ｕ ｅ ｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｆ ＣＩ ｌ ｒ ， ｈ ｏ ｇ ｎ ｚｎ ｈ ｅ ｔ ｒ ｓ ａ ｄ ｐ ｒ ｍａ ｃ ｓ ｏ Ｃ ｆ ｔ ｓ ｌ ｏ ｉ ｅ ＨＢ ｆ ｔ ｒ ｎ ｈ ｐ ａ ｅｆｌ ｒ ｗｅ ｃ ｍｂｎ ｈ ｍ ｉ ｅ ｉ ｔ ｒ ｎ ｅ ｉ ｔ ｈ ／ ａａ ｔ ｕ ｅ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ｌ ｓ ａ ｄ ｍｕ ｉ ｈ ｓ — ｔ ， ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｗ ｔ ｄ ｃｍａ ｏ ｓ ａ ｄ ｄ ｃ ｍａ ｅ ｔ ｅ Ａ Ｄ ｄ ｔ ，ｈ ｓ ｒ ｄ ｃ ｎ ｈ ｉ ｅ ｉ ｅ ｈ ｄ ｇｔ ｌ ｓ ｎ ｌｒ ｔ ｎ ｈ ｏ ｄ ｏ Ｐ ｗｈ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｇ ｔ ｅ ｂ ｓ ａ ｄ ｓｇ ａ ．Ｉ ｈ ａ ｅ ， ｙ ｍａ ｉ ｇ ｕ ｅ ｏ ｌ ｉｉ ｉ ａ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｌ ａ ｆ ＤＳ ｅ ｒ ｃ ｓ ｉ ｈ ａ ｅ ｂ ｎ ｉｎ １ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｂ ｋ ｎ ｓ ｆ± ａ ｇ 计 Ｐ
杨 宏 宇 ｌｌ 姜 鲁 鹏 ｍ 惠 彬 ａｂ ，， ，

操纵 盘 和每 层 的呼 叫 信 号 、轿 厢 和 厅 门 系 统 的 功 能 信 号 以 及 井 道 和 变频 器 的状 态 信 号 ．经 程 序 判 断 与 运 算 实 现 电 梯 的 集 选 控 制 。Ｆ Ｇ Ｐ Ａ在 输 出显 示 信 号 的 同 时 ． 据 随机 逻 辑 控 制 的 要 求 ， 根 向变 频 器 发 出 运 行 方 向 、 动 、 减 速 运 行 和 制 动 停 梯 等 信 号 。 启 加， 由变 频 器 根 据 一 定 的 控 制 规 律来 控 制 电 机 ．完 成 电 梯 的 工 作 全
【 关键词】 电梯控制 系统 ；Ｐ Ａ； ｅｉ ｇ ： Ｆ Ｇ Ｖ ｒｏ ｌ
１ 言 引
信 号输 入
电 梯 控 制 系 统 是一 个相 当复 杂 的 逻 辑 控 制 系 统 ．系 统 要 同 时 对几 百 个 信 号 进 行 接 收 、 理 。 处 由于 用 户 对 电 梯功 能 的要 求 不 断 提 高 ． 相 应 控 制 方 式 也 在 不 断 发 生 变 化 。随 着 Ｅ Ａ 技术 的 其 Ｄ 快 速 发 展 ．基 于 Ｆ Ｇ 的 微 机 化 控 制 已广 泛 应 用 于 电 梯 电路 设 ＰＡ 计 与 控 制 的各 个 方 面
过程 。
号， 自动 定 向 ． 自动平 层并 保持最
远 召 唤 层 站 的 方 向和 自动 换 向 ． 能 够 延 时 自动 关 门 ． 站 自动 平 层 开 到 门 。 时 指 示 电 梯 运 行 情 况 、 层 同 楼
＿
Ｕ Ｔ Ｐ以 Ａ 。该 电梯 控 制 系统 软 件 采 用 模 新一代 的 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ甚 至 集 成 了 中央 处 理 器 （ Ｐ 和 数 字 处 理 Ｒ Ｎ Ｓ Ｏ ， 及 输 出 信 号 Ｌ ＭＰ Ｃ Ｕ） 器（ Ｓ 内核 。 一 片 ＦＧ Ｄ Ｐ） 在 Ｐ Ａ上 进 行 软 硬 件 协 同设 计 ， 实 现 片 块 化 多进 程 的 控制 原 理 来 实 现 ． 程序 主要 分为 四个 模 块 ． 个 为 该 一 模块 用 于 分频 及 楼 选 信 号 的 产 生 ：一 个 模 块 用 于 请 求 寄 存 器 的 上 可 编 程 系 统 （Ｏ Ｃ．ｙｔ ｎ Ｓ Ｐ Ｓｓ ｍ Ｏ ｅ Ｐ ｇａ ｍａｌ Ｃ ｉ） 供 了强 大 的 ｏ ｒ ｒｍ ｂ ｈ 提 ｅ ｐ 硬件 支 持 。未来 的 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ将 朝 着 混 合信 号 及更 大 规 模 ． 高 性 能 的 方 更 向继 续 发展 。此 外 ， Ｄ 领 域 的 进 ＥＡ 展也 有 利 于 Ｆ Ｇ 的 开 发 。 ＰＡ ３Ｆ Ｇ 、Ｐ Ａ控 制 系 统 总 体 结构 该 系统 采 用 Ｃ ｃｏｅ芯 片 实 现 ｙｌｎ 电梯 的控 制 ． 循 电 梯 各 种 控 制 的 遵 逻 辑 关 系 ． 现 轿 内 外 召 唤 指 令 信 实 置 位 与 复位 ： 个用 于 电梯 运 行 的 次 态 控 制 ： 个 用 于 电 梯 运 行 一 一 楼层 计数 及 提 前， 迟 关 门控 制 。 合 拖 动 系 统 ，Ｐ 计 周期 。 少 了 设 计 成 本 。 低 了设 计 风 险 。所 进 行 编 译 、 真 、 载 。用 该 软 件 设 计 的实 体 部 分 源 程 序 根 据 图 减 降 仿 下 ． 输 实 以 当 Ｆ Ｇ ： Ｄ芯 片及 其 开 发 系 统 一 问 世 ． 在 数 字 系 统 设 计 ３ 设 定 具 体 的输 入 、 出 接 口来 描 述 系 统 的 外 部 接 口特 征 。 体 Ｐ Ｍ￣ Ｌ Ｐ 就 领 域 占据 了 重 要地 位 名 为 ， 输 入 信 号 Ｃ Ｋ、 Ｐ、Ｏ Ｌ Ｕ Ｄ ＷＮ、Ｔ ＣＨ ＯＳＥ ＤＥＬ 和 Ｓ 、 ＣＬ 、 Ｙ