CPLD/FPGA控制系统设计

第1章 可编程逻辑器件概述 1

1.1 可编程逻辑器件的发展 1

1.2 可编程逻辑器件的基本分类 2

1.2.1 按配置分类 2

1.2.2 按原理分类 2

1.3 CPLD的基本结构及特点 3

1.3.1 CPLD的基本结构 3

1.3.2 CPLD的基本特点 8

1.4 FPGA的基本结构及特点 8

1.4.1 FPGA的基本结构 9

1.4.2 FPGA的基本特点 11

1.5 CPLD与FPGA的选择与应用比较 11

1.6 本章小结 14

1.7 习题 14

第2章 VHDL硬件描述语言 15

2.1 VHDL程序基本结构 15

2.1.1 实体 15

2.1.2 结构体 17

2.2 VHDL常用语句 22

2.2.1 并行语句 22

2.2.2 顺序语句 29

2.3 VHDL程序设计基础 38

2.3.1 库 38

2.3.2 程序包 40

2.3.3 子程序 42

2.4 常用逻辑电路的VHDL描述 47

2.4.1 组合逻辑电路 48

2.4.2 时序逻辑电路 56

2.5 有限状态机 64

2.5.1 有限状态机的基本原理及分类 64

2.5.2 有限状态机的具体应用 65

2.6 本章小结 70

2.7 习题 70

第3章 Quartus Ⅱ编译环境介绍 71

3.1 Quartus Ⅱ基本特点 71

3.2 Quartus Ⅱ设计流程 71

3.3 Quartus Ⅱ设计实例分析 72

3.3.1 建立新工程 72

3.3.2 设计输入 74

3.3.3 分配引脚 76

3.3.4 系统仿真 76

3.3.5 硬件配置 78

3.4 Quartus Ⅱ中可参数化宏模块介绍及应用 79

3.4.1 可参数化宏模块 79

3.4.2 可参数化宏模块应用 81

3.5 基于Nios Ⅱ的SOPC系统设计 87

3.5.1 Nios Ⅱ软核的设计 88

3.5.2 外设模块的配置 92

3.5.3 SOPC应用系统的生成 93

3.5.4 SOPC软件系统设计 95

3.6 本章小结 99

3.7 习题 99

第4章 可编程逻辑器件应用设计的常见问题 100

4.1 编程习惯注意要点 100

4.2 设计硬件电路注意要点 103

4.3 VHDL语言的优化问题 105

4.4 整体系统的设计和优化 106

4.5 本章小结 109

4.6 习题 109

第5章 数字控制系统的设计 110

5.1 数字控制系统简介 110

5.1.1 数字控制系统的特点 110

5.1.2 数字控制系统具体实现形式 110

5.1.3 CPLD/FPGA在数字控制系统中的作用 113

5.2 数字控制系统的设计原则 114

5.3 数字控制系统的构成 115

5.3.1 DSP的选择 116

5.3.2 A/D的选择 118

5.3.3 D/A的选择 119

5.3.4 CPLD/FPGA的选择 120

5.4 数字控制系统设计实例分析 121

5.4.1 控制功能分析 121

5.4.2 硬件结构分析 122

5.5 本章小结 123

5.6 习题 123

第6章 CPLD在数据采集系统中的应用 124

6.1 系统功能要求 124

6.2 系统硬件设计 124

6.2.1 MAX1312介绍 124

6.2.2 硬件设计总体框图 126

6.3 系统软件设计 126

6.3.1 状态机功能分析 127

6.3.2 状态机设计 127

6.4 仿真结果分析 129

6.4.1 状态机程序分析 129

6.4.2 数据采集系统原理图及状态机生成 136

6.4.3 仿真及结果分析 140

6.5 本章小结 142

6.6 习题 142

第7章 FPGA在PWM整流器中的应用 143

7.1 系统功能要求 143

7.1.1 PWM整流器工作原理 143

7.1.2 FPGA在PWM整流器中实现的功能 145

7.2 PWM整流器控制系统设计 145

7.2.1 PWM整流器的数学模型 146

7.2.2 基于电流前馈解耦的PWM控制策略 149

7.2.3 系统硬件构成及分析 152

7.2.4 系统硬件资源分配 153

7.2.5 FPGA具体实现功能分析 155

7.2.6 仿真及实验结果 166

7.3 本章小结 167

7.4 习题 167

第8章 FPGA在多电平逆变器中的应用 168

8.1 多电平逆变器概述 168

8.1.1 多电平逆变器基本结构及原理 168

8.1.2 多电平逆变器调制策略 171

8.2 多电平逆变器控制系统设计 173

8.2.1 控制功能分析 173

8.2.2 硬件系统设计 173

8.2.3 总体框图描述 174

8.2.4 系统硬件资源分配 174

8.3 FPGA在多载波PWM脉冲发生器中的应用 175

8.3.1 FPGA在多载波垂直分布调制策略中的应用 175

8.3.2 FPGA在多载波水平移相调制策略中的应用 178

8.4 仿真及实验结果 188

8.4.1 多载波垂直分布调制策略仿真及实验结果 188

8.4.2 多载波水平移相调制策略仿真及实验结果 190

8.5 本章小结 195

8.6 习题 195

第9章 CPLD在矩阵式变换器中的应用 196

9.1 矩阵式变换器概述 196

9.1.1 矩阵式变换器基本结构及原理 196

9.1.2 矩阵式变换器调制策略 198

9.1.3 矩阵式变换器换流方法 199

9.2 矩阵式变换器控制系统设计 201

9.3 开关换流过程的C PLD实现 202

9.3.1 传统三相-三相矩阵式变换器的CPLD换流实现 202

9.3.2 双级矩阵式变换器的CPLD换流实现 208

9.4 仿真及实验结果 210

9.4.1 传统三相-三相矩阵式变换器 210

9.4.2 双级矩阵式变换器 212

9.5 本章小结 215

9.6 习题 216

第10章 CPLD在交流电机控制系统中的应用 217

10.1 交流电机控制系统概述 217

10.2 系统功能要求 217

10.3 交流电机控制系统设计 218

10.3.1 控制系统硬件平台构成 218

10.3.2 硬件电路具体实现 218

10.3.3 PWM IP核的原理及具体实现 227

10.3.4 交流调速系统的具体实现 229

10.3.5 空间电压矢量脉宽调制策略的CPLD具体实现 230

10.3.6 正弦波脉宽调制策略的CPLD具体实现 236

10.4 本章小结 238

10.5 习题 238

参考文献 239