硬件结构图

电源模块

电源模块

如上图所示整个系统设计以DE0-Nano 平台为中心。FPGA 通过嵌入Nios II 核与

外部存储器EPCS 配置芯片、SDRAM 、IIC 模块、PWM 模块、实现了SOPC 系

统。Nios II 通过MPU6050读取平衡车的车轮运动加速度和外力引起的角加速度实现对车身倾角的测量；然后根据倾角的大小控制相应的PWM 模块对左右两个电机的控制，最终实现对小车保持平衡、加速运动以及转弯的基本运动的控制。同时通过编码器及时的将电机的状态反馈回来，从而实现精准控制。

SOPC 的硬件配置文件和软件文件都存储在EPCS 芯片中，当FPGA 上电后，硬件逻辑通过EPCS 芯片配置成功后，读取SOPC 的软件文件并转到

SDRAM中，软件是的运行在SDRAM中。

最后为了方便调试我们增加了LCD显示功能和蓝牙模块，实现对程序状态的显示和数据的传输。

独到之处：

第一，我们设计的FPGA的教学平台是一个基于移动机器人（两轮平衡车），因此更容易激起学生们的兴趣。但如以后推广之后，就要对成本和功耗都要做严格的考虑，而Cyclone® IV EP4CE22F17C6N FPGA也实现了低功耗、高性能和低成本。

1、降低系统成本

所有Cyclone® IV EP4CE22F17C6N FPGA只需要两路电源供电，简化了电源分配网络，降低了电路板成本，减小了电路板面积，缩短了设计时间。而且，利用灵活的收发器时钟体系结构，您可以充分利用收发器所有可用资源，实现多种协议。利用Cyclone® IV EP4CE22F17C6N FPGA的灵活性和高度集成特性，您可以设计体积更小、成本更低的器件，降低系统总成本。

2、降低功耗

采用经过优化的60-nm低功耗工艺，Cyclone® IV EP4CE22F17C6N FPGA 拓展了前一代Cyclone III FPGA的低功耗优势。最新一代器件降低了内核电压，与前一代产品相比，总功耗降低了25％。

第二，作为教学平台必须有全面的设计资源，而Altera提供全面的Cyclone IV FPGA设计环境，包括：

1、Quartus II 开发软件

2、成熟的IP库

3、Nios II -世界上最通用的嵌入式处理器