现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammable Gate Array）是Xilinx公司于1984年首次开发的通用用户可编程设备。FPGA不仅具有门阵列设备的高度集成性和多功能性，而且具有用户可编程逻辑设备的灵活性。

FPGA由可编程逻辑单元阵列，布线资源和可编程I / O单元阵列组成。 FPGA包含丰富的逻辑门，寄存器和I / O资源。 单个FPGA芯片可以实现由数百个甚至更多标准数字集成电路实现的系统。

FPGA具有灵活的结构，其逻辑单元，可编程的内部布线和I / O单元可以由用户编程，从而可以实现任何逻辑功能以满足各种设计要求。 它的快速，低功耗和强大的多功能性特别适合于复杂系统的设计。 使用FPGA还可以实现动态配置，在线系统重新配置（可以在系统运行的不同时刻根据需要更改电路的功能，从而使系统具有各种与空间或时间相关的任务），硬件软化， 软件强化和其他功能。

鉴于高频疲劳试验机控制器的控制规模较大，功能复杂，在开发过程中，在传统试验机控制器的基础上，结合了FPGA技术和微机技术 为了全面提高控制器系统的性能，提高了整机的工作效率，控制精度和电气系统的可靠性，操作方便，不乏技术进步。

2控制器的结构和内容

控制系统的总体结构，下部计算机是整个高频疲劳试验机控制器的核心。 它用于生成控制信号和数据，以控制测试机，处理反馈信号并与主机进行通信。 其控制功能的强度也直接影响整个控制器的性能。 图中的波形发生器用于激励和保持电磁激励器的振动。 此处，波形发生器应输出正弦波。

3系统采取的技术路线

在实现技术参数和功能要求的基础上，系统根据当前的微机和FPGA等微电子技术采用了以下主要技术路线：

（拉力疲劳试验机）

（1）下位计算机是系统控制的核心。 由于该系统的控制规模相对复杂，控制对象具有某些特殊特性（例如高频，高负载等），并且涉及到控制电动机，因此，考虑使用传统的8位机，而不是使用 使用相对更强大的功能和速度。 更快的16位计算机-87C196系列。

（2）励磁机要求输入波形为正弦波，测试频率范围为80〜250Hz。 此外，系统应能够执行扫描频率测试。 在扫频测试中，系统以1 Hz为步长扫描频率（粗调），然后基于粗调进行微调（以0.1 Hz为步长）以确定系统的共振点。 可以看出，能够产生精度为0.1 Hz的波形的电路模块是整个系统设计中非常关键的部分，也是设计难题之一。 如果通过单片机或其他专用芯片，则该部分无法实现或很难实现。 该系统使用FPGA作为波形发生器，如图1中的虚线框所示。其优点是：高速（通常芯片频率至少为几十兆字节，甚至几百兆字节）并且可以满足上述要求。 提到的精度要求； 用数字电路实现，抗干扰性好。 它还可以将其他逻辑电路集成到芯片中，节省许多分立元件，还可以减小体积； 可以根据需要更改波形。

（3）直流调速是通过电压变换实现的，而电压变换是通过使用晶闸管的可控整流器实现的。 单片机将可变电压输出到移相触发器，触发器将可控导通角输出到可控整流器，实现电动机速度的调节。 有利于提高系统的可靠性。

（4）系统的一些重要信号由数字滤波器滤波，该数字滤波器由FPGA实现。 与软件滤波相比，该方法有利于提高信号的滤波效果，大大提高了滤波速度。

4模块设计的一部分

FPGA部分可以分为两个模块，其中正弦波发生器模块可以细分为几个小模块，如图2所示。 ] 4.1锁存器设计

锁存器用于锁存和稳定FPGA中单片机发送的频率数据。 可以使用片上锁存器资源（或触发器）来构造它。

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