基于SOPC的醫(yī)用呼吸機(jī)主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直流電機(jī)控制

系統(tǒng)使用PWM信號(hào)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制。在SOPC Builder提供的標(biāo)準(zhǔn)IP核中是沒有PWM組件的，需要自行定制，PWM組件的輸出信號(hào)是方波，方波的周期及占空比可調(diào)。PWM任務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)示于圖2。

圖2 PWM任務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)

PWM組件的任務(wù)邏輯有：

●PWM任務(wù)邏輯由一個(gè)輸入時(shí)鐘、一個(gè)輸出信號(hào)、一個(gè)允許位、一個(gè)32位計(jì)數(shù)器和一個(gè)32位的比較器組成；

●時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)32位計(jì)數(shù)器，建立輸出信號(hào)的周期；

●比較器用來對(duì)32位比較器的當(dāng)前值和占空比值進(jìn)行比較，決定所輸出的信號(hào)；

●若當(dāng)前值小于或等于占空比值，則輸出邏輯信號(hào)為0，否則為1。

PWM組件的寄存器文件：

●clock_divde 在PWM的一個(gè)周期中的時(shí)鐘周期數(shù)；

●duty_cycle PWM輸出為低電平的時(shí)鐘周期數(shù)；

●enable PWM輸出的允許/禁止。0到1的上升沿使能PWM組件。

將PWM定義寄存器的頭文件和驅(qū)動(dòng)程序封裝有：

altera_avalon_pwm_init(); //PWM模塊初始化，包括周期設(shè)置

altera_avalon_pwm_enable(); //PWM模塊使能

altera_avalon_p wm_disable(); //PWM模塊禁止

altera_avalon_ pwm_change_duty _cycle(); //PWM模塊占空比調(diào)整

對(duì)于直流電機(jī)來說，PWM占空比需要達(dá)到一定量才能使電機(jī)工作，低于閾值(PWM_DUTY_THRESHOLD)的PWM信號(hào)不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量損害電機(jī)，所以，設(shè)定PWM值的時(shí)候需要注意將值設(shè)在閾值以上，在 altera_avalon_pwm_change_duty_cycle()中對(duì)所設(shè)定的值進(jìn)行判斷，如果值低于PWM_DUTY_THRESHOLD 則調(diào)整為PWM_DUTY_THRESHOLD＋1。

以上的設(shè)計(jì)全部完成后，在SOPC Builder內(nèi)將其封裝成為SOPC組件。

輸出及指示模塊

系統(tǒng)需要輸入設(shè)置、控制以及顯示提示，這部分功能包括有按鍵輸入、LED指示燈輸出、蜂鳴器輸出、液晶輸出等。