基于DDS的勵磁恒流源設(shè)計
2.4 人機交互
為方便快捷地控制DDS的頻率字輸入和幅度控制,本設(shè)計采用單片機來實現(xiàn)對DDS信號發(fā)生器的控制。DDS的頻率字和幅度數(shù)據(jù)字位較多,而單片機輸出端口位數(shù)有限,所以單片機與FPGA之間的通信采用SPI(Serial Peripheral Interface,串行外設(shè)接口)方式,單片機將控制命令字傳送給FPGA。同時,為了輸入控制方便,添加了鍵盤和顯示系統(tǒng)。
3 數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
設(shè)計的勵磁恒流源主要為磁性測量儀器提供激勵電源,因而對其精度和穩(wěn)定性要求高,采用電流控制型的控制策略進行閉環(huán)控制,結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。勵磁電流幅度調(diào)整時,首先對勵磁電流進行多周期采樣,然后計算其有效值,并與輸入設(shè)定值相比較,若誤差ε在允許范圍之外,則根據(jù)誤差的實際情況,通過單片機內(nèi)增量式PID算法得出了一個新的控制量,傳送給FPGA控制幅度調(diào)節(jié)經(jīng)低通濾波器濾去高頻成分,再經(jīng)功率放大,得到高精度的勵磁電流。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/156064.htm
4 系統(tǒng)仿真與驗證分析
在Altera公司的QuartusⅡ環(huán)境下編譯完成,采用自上而下的設(shè)計方法,即先從系統(tǒng)總體要求出發(fā)將設(shè)計內(nèi)容細化,最后完成系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計。完成DDS設(shè)計后,通過編寫Testbench在Modelsim進行仿真。在QuartusⅡ中,設(shè)定輸出信號頻率為1 MHz,經(jīng)過50 μs后改變?yōu)?00 kHz進行仿真,其仿真結(jié)果如圖4所示。在Modelsim中生成的仿真數(shù)據(jù)經(jīng)驗證完全正確,滿足設(shè)計需求。
在對勵磁信號源做硬件系統(tǒng)測試時,首先完成系統(tǒng)硬件連接,并加載程序,設(shè)定輸出信號頻率為1 MHz,示波器測得實際輸出波形如圖5所示。在Modelsim環(huán)境下仿真和在硬件平臺上測試,結(jié)果表明勵磁信號源可獲得較好的設(shè)置波形,可以應(yīng)用于磁性材料的測試中。
5 結(jié)束語
運用Verilog硬件編程語言結(jié)合DDS技術(shù),利用FPGA器件強大的硬件功能,提高了系統(tǒng)集成度,實現(xiàn)了輸出信號相對帶寬寬、穩(wěn)定性好;其相位累加器在一定系統(tǒng)時鐘和累加器位寬條件,輸出信號分辨率越小,頻率控制字的傳輸時間以及器件響應(yīng)時間都很短,使輸出信號頻率切換時間較短,可以達到ns級,且頻率變化時,相位保持連續(xù),系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,勵磁電流輸出精度高,調(diào)節(jié)速度快。對磁性材料測量儀所要求的勵磁信號源而言,本設(shè)計不但滿足所有技術(shù)指標,而且集成度高、體積小、顯著地降低了成本。
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