FPGA用于自动控制

最新推荐文章于 2025-07-19 10:30:51 发布

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最新推荐文章于 2025-07-19 10:30:51 发布 · 1.1k 阅读

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#fpga开发 #自动化

本文介绍了使用FPGA设计自动控制系统的经验，通过Vivado和Vitis平台，结合双通道ADC和DAC，实现了数据输入输出、底层计算以及通过DMA进行数据交换。在软件层面，利用C语言在Vitis上开发了三核CPU，分别处理数据输出和串口指令，形成完整的控制环路。

不久前使用FPGA设计了一个自动控制系统，我的首篇博客记录下该工作的主要思路。

使用的FPGA开发板提供了可编程逻辑（PL）端和信号处理系统（PS）端，分别执行硬件和软件编辑功能，其基本架构如图所示。双通道ADC和DAC直接通过扩展槽与开发板相连，执行数据输入输出，在PL端完成底层计算，并通过直接内存获取（DMA）将PL端数据（ADC data、DAC data）送入PS端，最终转换为数据直接输出（mini DP）及串口控制指令输出（RS 485）。PL与PS端分别基于Vivado和Vitis进行开发。

工程环境的设计参考了Alinx提供的《DMA使用之ADC示波器》、《PL端RS485测试》两个工程。首先在Vivado平台完成了硬件部分，设计好的框架如图所示，输入端口主要是ADC/DAC数据、串口接收端及采样时钟，输出端口为串口发送端及使能端。这样即打通了硬件与软件交互的桥梁，使得软件编程成为可能。

在Vitis平台上使用C语言完成后续软件功能的设计，依功能需求开发了三核CPU，一个用于完成ADC/DAC数据的直接输出，通过外接显示屏展示，另两个用于分别完成两个通道的计算串口指令发送功能。在这一部分功能中，首先改写了《DMA使用之ADC示波器》工程中的draw_wave函数，原工程文件中该函数作用是将获取的数据展示在画布（即外接显示屏）上，修改后将该函数设定为将DMA中的数据存储为数组currdata_array，方便调用。