基于NiosⅡ的直流电机PID调速控制系统

基于NiosⅡ的直流电机PID调速控制系统
0 引言以往的直流电机调速系统通常采用单片机或DSP 进行控制，而单片机需要使用大量的外围电路，且系统的可升级性差，如更换控制器，往往要
对整个软硬件进行重新设计，可重用性不高。

而采用DSP 作为主要控制器，如果碰到处理多任务系统时，一片DSP 不能胜任，这时就需要再扩展一片DSP
或者FPGA 芯片来辅助控制，从而实行双芯片控制模式。

但这样做，既增加了
两个处理器之间同步和通信的负担，又使系统实时性变坏，延长系统开发时间。

基于以上此类问题，本文提出了采用Altera 公司推出的NiosⅡ软核来控制直流
电机调速系统，它的好处在于Ni-osⅡ属于软核处理器，可以直接通过软件形
式扩展成双核乃至多核，无需外加芯片；再者NiosⅡ软核处理器和所有外围电
路可以集成到一片FPGA 芯片上来实现整个直流电机控制系统，这样无疑大大
减小了控制器体积和重量，设计人员也可以在短时间内完成整个系统的制作，
提高了工作效率。

本文利用Altera 公司的FPGA 芯片EP2C35F672C6 作为系统控制器，采用数字PID 算法对直流电机进行PWM 闭环调速控制。

并且利用
硬件描述语言(VHDL)自行设计、生成PWM 模块和测速模块，最后通过实验验
证了该系统的可行性。

1 系统硬件设计1．1 系统总体设计方案选用Altera 公司的DE2 开发板作为开发平台，采用SOPC 技术通过在FPGA 中植入嵌入式系统处理器NiosⅡ作为核心控制电路，利用FPGA 中的可编程逻辑资源和IP 软
核来构成该嵌入式系统处理器的接口功能模块，借助于Avalon 总线，实现对
外围PWM 模块、测速模块、SDRAM、键盘等硬件的控制，FPGA 通过
Avalon 总线对输入模块和输出等模块进行配置，整体功能框图如图1 所示。

整个系统的主要工作流程如下：当系统启动完成各单元初始化后，通过键。