基于FPGA的伺服系統(tǒng)數(shù)字控制技術(shù)

前言 第1章概論 1.1可編程邏輯器件概述 1.1.1可編程邏輯器件簡介 1.1.2可編程邏輯器件的發(fā)展歷史 1.1.3可編程邏輯器件與設(shè)計軟件 1.2FPGA分類與使用 1.2.1FPGA的分類 1.2.2FPGA的使用 1.3FPGA供應(yīng)商及代表產(chǎn)品 1.3.1Xilinx公司的代表產(chǎn)品 1.3.2Altera公司的代表產(chǎn)品 1.3.3Actel公司的代表產(chǎn)品 1.3.4其他產(chǎn)品 1.4FPGA技術(shù)的發(fā)展與趨勢 1.5機(jī)電伺服系統(tǒng)FPGA應(yīng)用特點和設(shè)計要求 第2章FPGA設(shè)計基礎(chǔ) 2.1FPGA的原理與結(jié)構(gòu) 2.1.1FPGA的原理 2.1.2FPGA的結(jié)構(gòu) 2.1.3軟核、硬核以及固核的概念 2.2FPGA的工藝結(jié)構(gòu) 2.2.1基于SRAM結(jié)構(gòu)的FPGA 2.2.2基于反熔絲結(jié)構(gòu)的FPGA 2.2.3基于Flash結(jié)構(gòu)的FPGA 2.2.4FPGA工藝結(jié)構(gòu)的對比分析 2.3FPGA與其他芯片的比較 2.3.1FPGA與CPLD 2.3.2FPGA與DSP 2.3.3FPGA與ARM 2.4FPGA常用開發(fā)工具 2.4.1集成開發(fā)環(huán)境 2.4.2仿真工具 2.4.3綜合工具 2.4.4調(diào)試與加載 2.5FPGA的基本設(shè)計技術(shù) 2.5.1設(shè)計流程 2.5.2設(shè)計方法 2.6IP核及開發(fā)流程 2.6.1IP設(shè)計的四大階段 2.6.2IP驗證的主要過程 2.6.3IP的規(guī)格定義 2.6.4IP集成 2.6.5IP集成的一般考慮 2.6.6IP模塊的評估與選擇 第3章FPGA硬件描述語言 3.1VHDL語言基本結(jié)構(gòu) 3.1.1VHDL的歷史與特點 3.1.2VHDL相關(guān)申明方法 3.1.3結(jié)構(gòu)體的描述方法 3.1.4程序包與程序包體 3.1.5VHDL的程序庫 3.2VHDL語言的數(shù)據(jù)類型與運算 3.2.1VHDL語言的數(shù)據(jù)對象 3.2.2VHDL語言的數(shù)據(jù)類型 3.2.3VHDL語言的運算 3.3VHDL語言的預(yù)定義屬性 3.3.1VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型 3.3.2IEEE預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)邏輯位與矢量 3.4Verilog HDL語言基本結(jié)構(gòu) 3.4.1Verilog HDL的歷史與特點 3.4.2Verilog HDL相關(guān)聲明方法 3.4.3結(jié)構(gòu)體的描述方法 3.5Verilog HDL語言的數(shù)據(jù)類型與運算 3.5.1標(biāo)志符 3.5.2數(shù)據(jù)類型 3.5.3模塊端口 3.5.4常量集合 3.5.5運算符和表達(dá)式 3.6Verilog HDL語言描述 3.6.1門極建模形式 3.6.2數(shù)據(jù)流建模形式 3.6.3行為建模形式 第4章FPGA軟件開發(fā)環(huán)境 4.1ISE開發(fā)軟件 4.1.1ISE軟件簡介 4.1.2ISE系統(tǒng)要求與安裝 4.1.3ISE軟件的使用方法 4.2Quartus Ⅱ設(shè)計開發(fā)軟件 4.2.1Quartus Ⅱ軟件簡介 4.2.2Quartus Ⅱ系統(tǒng)要求與安裝 4.2.3Quartus Ⅱ軟件的使用方法 4.3MAX+PLUSⅡ開發(fā)軟件 4.3.1MAX+PLUSⅡ軟件簡介 4.3.2MAX+PLUSⅡ系統(tǒng)要求與安裝 4.3.3MAX+PLUSⅡ軟件的使用方法 第5章基于FPGA數(shù)據(jù)通信模塊的實現(xiàn) 5.1RS232串口數(shù)據(jù)通信 5.1.1RS232通信概況 5.1.2RS232通信協(xié)議及實現(xiàn)方案 5.1.3信號檢測模塊的實現(xiàn) 5.1.4波特率發(fā)生器模塊 5.1.5移位寄存器模塊 5.1.6計數(shù)器模塊 5.1.7奇偶校驗?zāi)K 5.1.8測試平臺的編寫和仿真 5.2I2C數(shù)據(jù)通信 5.2.1I2C總線概況 5.2.2I2C協(xié)議具體FPGA實現(xiàn) 5.2.3程序的仿真與測試 5.3CAN總線數(shù)據(jù)通信 5.3.1CAN總線協(xié)議概述 5.3.2CAN總線控制器程序框架 5.3.3CAN總線控制器的FPGA實現(xiàn) 5.3.4CRC檢驗碼的FPGA實現(xiàn) 5.4USB接口控制器 5.4.1USB接口簡介 5.4.2USB體系結(jié)構(gòu) 5.4.3USB固件開發(fā) 5.4.4USB驅(qū)動和軟件開發(fā) 5.5SPI數(shù)據(jù)通信 5.5.1SPI數(shù)據(jù)通信概述 5.5.2SPI數(shù)據(jù)通信特點 5.5.3SPI協(xié)議具體FPGA實現(xiàn) 5.61553B總線數(shù)據(jù)通信 5.6.11553B總線協(xié)議概述 5.6.21553B總線優(yōu)點 5.6.31553B總線系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn) 5.7光纖總線通信 5.7.1光纖通信協(xié)議框架設(shè)計 5.7.2通信協(xié)議的實現(xiàn) 5.7.3光纖總線通信的FPGA設(shè)計 5.7.4通信協(xié)議仿真 第6章FPGA中的數(shù)字信號處理基礎(chǔ) 6.1FPGA最小系統(tǒng) 6.1.1FPGA管腳設(shè)計 6.1.2FPGA存儲器設(shè)計 6.1.3FPGA開關(guān)、按鍵電路設(shè)計 6.1.4FPGA電源及復(fù)位電路設(shè)計 6.1.5FPGA時間及定時器電路設(shè)計 6.2二進(jìn)制加法器和乘法器設(shè)計 6.2.1數(shù)的表示方法 6.2.2流水線加法器 6.2.3流水線乘法器 6.3基于FPGA數(shù)字濾波器設(shè)計 6.3.1數(shù)字濾波器分類及工作原理 6.3.2FIR濾波器設(shè)計與實現(xiàn) 6.3.3IIR濾波器設(shè)計與實現(xiàn) 6.4基于FPGA傅立葉變換器設(shè)計 6.4.1FFT算法基本原理 6.4.2FFT模塊設(shè)計 6.4.3輸出緩沖器設(shè)計 第7章基于FPGA的數(shù)據(jù)采集技術(shù) 7.1數(shù)據(jù)采集的基本概念 7.1.1數(shù)據(jù)采集的研究現(xiàn)狀與發(fā)展 7.1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 7.1.3采樣定理 7.2A/D轉(zhuǎn)換原理及模塊 7.3基于FPGA的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 7.3.1多通道選擇開關(guān)設(shè)計 7.3.2A/D轉(zhuǎn)換電路（AD7862） 7.3.3基于FPGA控制的多通道選擇模塊 7.3.4基于FPGA的A/D控制模塊 7.4基于FPGA的同步數(shù)據(jù)采集設(shè)計 7.4.1A/D轉(zhuǎn)換電路（AD7656） 7.4.2FPGA控制功能模塊 7.4.3功能實現(xiàn) 第8章FPGA伺服電動機(jī)控制技術(shù) 8.1FPGA在直流電動機(jī)中的應(yīng)用 8.1.1直流電動機(jī)的工作原理 8.1.2直流電動機(jī)PWM調(diào)速原理 8.1.3FPGA在直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 8.1.4FPGA在直流電動機(jī)位置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 8.2FPGA在步進(jìn)電動機(jī)控制器中的應(yīng)用 8.2.1步進(jìn)電動機(jī)工作原理 8.2.2FPGA在步進(jìn)電動機(jī)聯(lián)動控制方案中的應(yīng)用 8.2.3步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分技術(shù) 8.2.4細(xì)分驅(qū)動模塊FPGA實現(xiàn) 8.3FPGA在無刷直流電動機(jī)中的應(yīng)用 8.3.1無刷直流電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 8.3.2無刷直流電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理 8.3.3無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 8.3.4基于FPGA的無刷直流調(diào)速系統(tǒng) 8.4FPGA在無位置傳感器的無刷直流電動機(jī)應(yīng)用 8.4.1反電動勢過零法數(shù)學(xué)模型的建立 8.4.2三段式無傳感器運行算法設(shè)計 8.5FPGA在交流永磁同步電動機(jī)中的應(yīng)用 8.5.1永磁同步電動機(jī)工作原理 8.5.2永磁同步電動機(jī)矢量控制原理 8.5.3FPGA在交流永磁同步電動機(jī)控制器中的設(shè)計與實現(xiàn) 8.6FPGA在交流感應(yīng)電動機(jī)中的應(yīng)用 8.6.1交流感應(yīng)電動機(jī)工作原理 8.6.2交流感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制系統(tǒng) 8.6.3交流感應(yīng)電動機(jī)模糊矢量控制原理 8.6.4基于FPGA的感應(yīng)電動機(jī)模糊控制系統(tǒng) 8.7FPGA在開關(guān)磁阻電動機(jī)中的應(yīng)用 8.7.1開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理 8.7.2開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制方式 8.7.3基于FPGA的開關(guān)磁阻電動機(jī)位置檢測算法研究 8.7.4基于FPGA的開關(guān)磁阻電動機(jī)無傳感器控制系統(tǒng) 第9章FPGA容錯技術(shù)及測試方法 9.1FPGA典型故障類型 9.1.1容錯技術(shù)概述 9.1.2常見的FPGA故障模型 9.1.3典型的FPGA故障檢測方法 9.2可編程邏輯功能模塊的測試設(shè)計 9.2.1查找表（LUT）的測試 9.2.2進(jìn)位邏輯模塊的測試 9.2.3函數(shù)發(fā)生器RAM模式的測試 9.3可編程互連資源的測試 9.3.1互連資源內(nèi)建自測試概述 9.3.2構(gòu)建內(nèi)建自測試子模塊 9.3.3通用布線資源測試的實現(xiàn) 9.3.4互連資源的診斷方法 9.4FPGA動態(tài)可重構(gòu)容錯技術(shù) 9.4.1可重構(gòu)技術(shù)的基本原理 9.4.2動態(tài)重構(gòu)設(shè)計方法 9.4.3基于FPGA的局部動態(tài)可重構(gòu)技術(shù) 第10章FPGA在工程領(lǐng)域的應(yīng)用 10.1FPGA技術(shù)的基本應(yīng)用 10.1.1FPGA技術(shù)在數(shù)字中頻處理中的應(yīng)用 10.1.2FPGA中植入嵌入式系統(tǒng)處理器 10.1.3基于FPGA的DSP系統(tǒng)設(shè)計 10.1.4FPGA技術(shù)在單片機(jī)中的應(yīng)用 10.1.5FPGA在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的實現(xiàn)研究 10.2FPGA在航天領(lǐng)域的應(yīng)用 10.2.1國外FPGA航天技術(shù)研究現(xiàn)狀 10.2.2FPGA在航天伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用 10.2.3航天應(yīng)用FPGA的可靠性設(shè)計 10.3FPGA在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 10.3.1FPGA攻擊原理分析 10.3.2FPGA加密保護(hù)技術(shù) 10.3.3軍用龍芯計算機(jī)系統(tǒng)板的FPGA加密方法 10.3.4基于FPGA在防空導(dǎo)彈發(fā)射機(jī)構(gòu)測試技術(shù) 10.3.5FPGA在坦克炮控系統(tǒng)中的應(yīng)用 10.3.6基于FPGA的導(dǎo)彈制導(dǎo)站系統(tǒng)設(shè)計 10.4FPGA在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究 10.4.1FPGA在水下領(lǐng)域的應(yīng)用 10.4.2FPGA在礦山領(lǐng)域的應(yīng)用 10.5FPGA在民用領(lǐng)域（醫(yī)療設(shè)備）中的應(yīng)用 10.5.1FPGA在心電設(shè)備中的應(yīng)用 10.5.2FPGA在超聲設(shè)備中的應(yīng)用 10.5.3FPGA在電子內(nèi)窺鏡中的應(yīng)用 參考文獻(xiàn)