基于fpga高性能温控调速风扇系统设计

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1、基于FPGA的高阶全数字锁相环的设计与实现草鱼 1引言草鱼草鱼 　　锁相环在通信、pork雷达、pork测量和自动化控制等领域应用极为广泛，鲤鱼已经成为各种电子设备中必不可少的基本部件。草鱼随着电子技术向数字化方向发展，鲤鱼需要采用数字方式实现信号的锁相处理。草鱼因此，鲤鱼对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。草鱼草鱼 　　传统的数字锁相环系统是希望通过采用具有低通特性的环路滤波器，鲤鱼获得稳定的振荡控制数据。草鱼对于高阶全数字锁相环，鲤鱼其数字滤波器常常采用基于DSP草鱼的运算电路。草鱼这种结构的锁相环，鲤鱼当环路带宽很窄时，鲤鱼环

2、路滤波器的实现将需要很大的电路量，鲤鱼这给专用集成电路的应用和片上系统SOC（system草鱼on草鱼chip）的设计带来一定困难。草鱼另一种类型的全数字锁相环是采用脉冲序列低通滤波计数电路作为环路滤波器，鲤鱼如随机徘徊序列滤波器、pork先N草鱼后M草鱼序列滤波器等。草鱼这些电路通过对鉴相模块产生的相位误差脉冲进行计数运算，鲤鱼获得可控振荡器模块的振荡控制参数。草鱼由于脉冲序列低通滤波计数方法是一个比较复杂的非线性处理过程，鲤鱼难以进行线性近似，鲤鱼因此，鲤鱼无法采用系统传递函数的分析方法确定锁相环的设计参数。草鱼不能实现对高阶数字锁相环性能

3、指标的解藕控制和分析，鲤鱼无法满足较高的应用需求。草鱼草鱼 　　本文提出了一种基于比例积分（PI）控制算法的高阶全数字锁相环。草鱼给出了该锁相系统的具体结构，鲤鱼建立了系统数学模型，鲤鱼并对其系统性能进行了理论分析。草鱼采用MATLAB草鱼软件对系统进行了仿真实验。草鱼应用EDA草鱼技术设计了该锁相系统，鲤鱼并用FPGA草鱼予以实现。草鱼草鱼 2草鱼全数字锁相环的结构及工作原理草鱼 　　基于比例积分控制算法的三阶全数字锁相环的系统结构如图1草鱼所示。草鱼该系统由数字鉴相器（DPD）、pork数字环路滤波器（DLF）和数控振荡器（DCO）三个部件

4、组成。草鱼草鱼 草鱼 图1草鱼三阶全数字锁相环系统结构图草鱼 　　本锁相系统中由于数控振荡器采用累加器的结构，鲤鱼因此，鲤鱼累加器输出的并行码就是数控振荡器的输出相位码B，鲤鱼它反映了输入信号和输出信号之间的瞬时相位差。草鱼鉴相器中的寄存器是由一组D草鱼触发器构成。草鱼DCO草鱼的输出相位码B草鱼并行送到D草鱼触发器的D草鱼端，鲤鱼在输入信号的正向过零点对D草鱼触发器采样，鲤鱼D草鱼触发器组的输出E草鱼就表示该采样时刻的瞬时相位差，鲤鱼从而完成了数字鉴相功能。草鱼草鱼 　　数字环路滤波器的主要作用是抑制噪声及高频分量，鲤鱼并且控制着环路相位校正

5、的速度与精度。草鱼为了提高锁相系统的性能，鲤鱼设计了基于PI草鱼控制算法的二阶数字滤波器。草鱼其工作原理是对鉴相器输出的相位误差信号经一阶积分环节、pork二阶积分环节和比例环节调节后，鲤鱼分别产生积分控制参数NP1草鱼和NP2，鲤鱼以及比例控制参数NI，鲤鱼然后取这三个控制参数之和作为数控振荡器的控制参数。草鱼为使DLF草鱼输出的控制码组在同一瞬间并行送入DCO，鲤鱼在这两个环路部件之间接入一缓冲寄存器。草鱼草鱼 18　　数控振荡器是由全加器和寄存器构成的累加器组成。草鱼若累加器位长为N，鲤鱼则低位输入端NL草鱼接DLF的控制码组G，鲤鱼高位

6、NH草鱼接DCO草鱼自由振荡频率0草鱼f草鱼的控制码组C（该参数可由设计者设定）。草鱼当控制码组G草鱼均为‘0’时，鲤鱼DCO草鱼输出端最高位AN草鱼的输出信号的频率便是DCO草鱼的自由振荡频率f0草鱼。草鱼在环路锁定过程中，鲤鱼控制码组G草鱼不是全为零，鲤鱼此时累加器的累加结果将进位而改变累加器的分频系数，鲤鱼从而改变DCO草鱼输出信号的频率，鲤鱼实现比例积分控制参数对本地估算信号的控制作用，鲤鱼最终达到锁相的目的。草鱼草鱼 3草鱼数字锁相环系统性能的理论分析草鱼 3.1草鱼锁相环的系统结构草鱼 　　若采样周期很短，鲤鱼并且把数字鉴相器、po

7、rk数字环路滤波器和数控振荡器的增益系数归并到环路总增益一起考虑，鲤鱼可画出锁相环在Z草鱼域的系统结构如图2草鱼所示。草鱼草鱼 草鱼 　　图2草鱼中θi(Z)为锁相环的输入信号；porkθo(Z)?草鱼为锁相环的输出信号；pork草鱼K草鱼为环路总增益；pork草鱼Ka草鱼为比例环节系数；pork草鱼Kb草鱼为一阶积分环节系数；pork草鱼Kc草鱼为二阶积分环节系数。草鱼草鱼 　　由图2草鱼可以分别写出该锁相环开环、pork闭环和误差Z草鱼域传递函数：pork草鱼 草鱼 3.2草鱼锁相环系统的稳态分析草鱼 3.2.1草鱼系统的稳定性草鱼 　　由

8、离散系统的奈奎斯特判据可知，鲤鱼环路系统稳定的充分必要条件是闭环传递函数的特征根必须全部位于Z草鱼平面的单位圆内，鲤鱼只要有一个在单位圆外，鲤鱼系统就