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利用FPGA實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的家用電器設(shè)計(jì)

作者： 時(shí)間：2011-07-28 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
DSP電機(jī)控制

Cyclone III FPGAs中的嵌入式DSP功能塊(如圖4所示)為設(shè)計(jì)更復(fù)雜和效率更高的電機(jī)控制系統(tǒng)提供了關(guān)鍵要素?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA的DSP芯片使得大型家電制造商能夠降低研發(fā)時(shí)間和成本，并且在未來升級時(shí)不需要重新布板。FPGA所提供的可重配置解決方案可用來實(shí)現(xiàn)DSP應(yīng)用以及滿足高DSP吞吐率的需求。由于FPGA可以實(shí)現(xiàn)硬件重配置，因而能實(shí)現(xiàn)完整的硬件定制并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電機(jī)控制DSP功能。因此，由FPGA實(shí)現(xiàn)的DSP系統(tǒng)可以具有定制的架構(gòu)、定制的總線結(jié)構(gòu)、定制的存儲器、定制的硬件加速器模塊和各種大量的乘法-累加(MAC)塊。
利用FPGA實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的家用電器設(shè)計(jì)
圖4：FPGA中的嵌入式DSP塊
為了使交流電機(jī)的運(yùn)行效率更高，內(nèi)部永久磁鐵的位置與施加的交流電壓頻率同步至關(guān)重要?？梢允褂脗鞲衅鱽頇z測磁轉(zhuǎn)子的位置，并以此調(diào)節(jié)電壓的頻率。該方法類似于伺服控制鎖相環(huán)(PLL)系統(tǒng)，只不過這里采用DSP來實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)。
利用FPGA實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的家用電器設(shè)計(jì)
圖5：典型的應(yīng)用方框圖
新一代的家電將需要更復(fù)雜的電路來監(jiān)控電機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。使用FPGA中DSP功能的先進(jìn)控制算法設(shè)計(jì)將能夠?qū)崿F(xiàn)比特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)或特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)更靈活的系統(tǒng)。由于FPGA可以編程，因此可以根據(jù)市場需求的變化修改或加入新功能。如果加入一個(gè)以太網(wǎng)IP核，F(xiàn)PGA還能夠通過IP網(wǎng)絡(luò)與外界進(jìn)行通訊，從而允許系統(tǒng)安排好系統(tǒng)發(fā)生故障之前的維護(hù)和服務(wù)工作，并實(shí)現(xiàn)用戶家庭網(wǎng)絡(luò)的無線通信。

微控制器
新一代家電設(shè)備將通過微控制器實(shí)現(xiàn)用戶接口和其他的功能控制。具有嵌入式微控制器的FPGA提供了一個(gè)集成的解決方案，無需另外再配外部專用處理器。嵌入式處理器設(shè)計(jì)師面臨的主要挑戰(zhàn)是如何選擇處理器，使之最適合具體的應(yīng)用但又不過分地浪費(fèi)或犧牲功能。像Altera的Nios? II軟件處理器就允許設(shè)計(jì)師創(chuàng)建理想的硬件(CPU，外設(shè)以及定制硬件加速器)、軟件(存儲器接口)和成本的綜合環(huán)境，以滿足每一個(gè)新的家電設(shè)計(jì)階段的獨(dú)特需求。
此外，Altera公司的 Nios II C-to-Hardware Acceleration (C2H) Compiler可以幫助那些對FPGA比較陌生的工程師利用ANSI C代替原理圖或RTL輸入進(jìn)行嵌入式處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
LCD面板接口
FPGA中內(nèi)置的LVDS I/O接口允許直接耦合并驅(qū)動(dòng)簡單文本或視頻質(zhì)量的顯示器面板，因而在系統(tǒng)中可以很容易設(shè)計(jì)出用于顯示器的視頻處理器和定時(shí)控制器。一片Cyclone III FPGA可以被設(shè)計(jì)和配置成為一個(gè)驅(qū)動(dòng)典型液晶顯示器(LCD)接口的圖像增強(qiáng)引擎。而預(yù)先經(jīng)過優(yōu)化的IP MegaCore??能，例如去交織、量化、濾波以及色彩空間轉(zhuǎn)換器，都可以處理來自任何源設(shè)備的視頻輸入，并輸出到象具有網(wǎng)絡(luò)功能的電冰箱上的視頻顯示器這樣的LCD面板上。
本文小結(jié)
低成本的FPGA或CPLD可以幫助家電設(shè)計(jì)師利用靈活的、集成有DSP算法的單片集成解決方案實(shí)現(xiàn)節(jié)能的電機(jī)控制。此外，這些具有內(nèi)置軟處理器的可編程器件還有助于簡化設(shè)備的用戶接口設(shè)計(jì)。利用這些器件還可以使新一代的家電設(shè)備能夠與用戶的家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線通信。
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