电子电路设计大神养成计划（三） FPGA控制系统篇

电子电路设计应用很多，对于电子电路设计，我们需正确认识其重要性。

为增进大家对电子电路设计的了解，本文将介绍电子电路相关知识，并对 FPGA 控制系统中的电子电路设计方法予以探讨。

如果你对这篇电子电路设计文章存在兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、电子电路相关知识介绍电子电路怎么识图?1、要了解每个电子电路中电子元件的用途以及作用，电子电路是由很多个电气原件和一定的设计规律设计的，所以必须先了解每个电子元件的作用。

2、了解每个电子元件的电气符号，电子符号就像每个电子元件的眼睛，只有你认识电子元件符号了，知道这是什么电子元件了，知道它起什么左右了，才能慢慢的看懂电子电路。

3、学会测量电子元件的好坏，会判断电子元件，当你不清楚不是很确定这是什么电子元件是，根据你自己的经验去测量通断，然后再去根据你自己的经验去判断它准确的是什么电子元件。

4、了解电子电路的设计选择，电路设计都有一定的规律，这个规律可以使你少走弯路，也可以使电路简单明了，只有了解了电路设计的规律，维修测量起来才能更轻松，所以学会了解电路设计规律是必须的。

5、拥有一定的维修思路，有时候思路很重要，思路不对，努力白费，思路准确了，才能更直观的大概判断电子元件，以及电路问题的所以之处。

学会以上几点，你就可以轻松去了解电子电路以及看懂电子电路图。

第一点，每个元件作用，如果像深入了解看元素周期表，每个元件都是不同的材料，每种不同的材料发生不同变化，但前提告诉你别乱用放射元素，小心生命危险，特别是高压系列，别乱实验，因为每个实验都有科学死，而且还有批量死亡，一般放射性不会民用，在医学，军工，企业。

第二点，混搭作用。

我们知道每个元件的作用，那么我们要改变电的方向，电的波形，交流主要用于高压脉冲，打个比方就是：冲刺用脚窜门一个周期一个脉冲。

如果没有脉冲我们是无法启动马达的，那得用多大的电压。

脉冲交流电用途，XY 光射线，激光切割机，超频信号塔等等都用到脉冲。

所以混搭作用就是这意思，我们明白了一个两个元件的作用，后面自己动手开始来 4 个，8 个，16 个，32 个，64 个不等元件组装复杂的电路图，目标就把扬声器播放音乐无杂波，什么中央协调器模块，偏振器模块，统称检波，这些我们在控制音板上有调试的，有时候声音高低都可以控制，因为每个人的声音都有波形语言上波动比较复杂，所以就检要这些波，所以叫检波器，不然外面有风的声音等等，为何话筒要离那么近是不是。

二、FPGA 控制系统电子电路设计方法介绍这部分将主要介绍基于现场可编程门阵列及 EDA 方法学的永磁无刷直流电机控制系统的电子电路设计。

FPGA 是一种高密度可编程逻辑器件，其逻辑功能的实现是通过把设计生成的数据文件配置进芯片内部的静态配置数据存储器来完成的，具有可重复编程性，可以灵活实现各种逻辑功能。

与 ASIC 不同的是，PCA 本身只是标准的单元阵列，没有一般 IC 所具有的功能，但用户可以根据需要，通过专门的布局布线工具对其内部进行重新编程，在最短的时间内设计出自己专用的集成电路，从而大大提高了产品的竞争力。

由于它以纯硬件的方式进行并行处理，而且不占用 CPU 资源，所以可以使系统达到很高的性能。

这种新的设计方法可以把 A/D 接口、驱动器接口、通信接口集成在一块芯片上，同时在算法上完成位置、速度甚至电流算法，从而实现真正的片上可编程系统(SoPC)。

这将成为下一代高性能伺服控制器集成化设计的一个趋势。

下面针对永磁无刷直流电机模块化设计的思想，介绍基于 FPGA 的控制系统的电子电路设计方法，其控制系统结构如下图所示。

电路由电源模块，电压转化模块，FPCA 模块，驱动电路模块，斩波电流、电压检测模块，绕组电流检测模块，A/D 模块，通信模块，外扩存储器模块等部分组成。

斩波器电感电流检测电路如下：永磁无刷直流电机电枢电流检测信号调理电路和 DC/DC BUCk 变换器输出电压检测信号调理电路如下所示：首先，由 FPGA 产生 5 路 PWM 波，其中 3 路用于永磁无刷直流电机换相，1 路用于斩波，另 1 路用于再生能耗调节制动电流。

三相换相 PWM 经驱动电路控制电机的换相，这 3 路 PWM 只用于换相不进行调制，由斩波环节进行调制。

电机绕组电流经求偏、放大、滤波通过 A/D(ADS7864)转换进人 FPGA(XC3S200)，经 PID 调节器控制电流环;同样，斩波电压电流经滤波通过 A/D 转换也进人 FPGA。

图 2 所示为 FPCA 的最小系统电路，XCF02S 为 FPGA XC3S200 的配置芯片，TPS767D325 是电源芯片，将+5V 电源电压转换为+2.5V 和+3.3V 供给 FPGA，电源芯片 LM317 将+5V 电源电压转换为+1.2V 供给 FPGA;FPGA 的时钟选为 50MHz，晶体振荡器为 50MHz 有源晶振，输出的时钟信号电压的高电平为+3.3V。