基于Nios II的工业电子过程控制实验系统设计

"该研究探讨了基于Nios II的过程控制实验装置在工业电子中的应用，主要涉及SOPC（System on a Programmable Chip）技术、FPGA（Field-Programmable Gate Array）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）接口、总线复用、SRAM、SDRAM、FLASH存储器、传感器、A/D转换、以及工业控制中的通信和显示。通过Altera的Cyclone II EPSC35开发板和SOPC Builder工具实现了硬件配置，并且利用Nios II软核处理器的并行处理能力进行数据处理和控制。" 本文主要介绍了基于Nios II的过程控制实验装置，这种装置旨在简化工业电子系统的设计流程。系统设计的关键在于利用SOPC技术，它允许集成多种IP核，提供灵活的配置，同时降低了设计复杂性。Nios II处理器是系统的核心，以其出色的并行处理能力处理大量的控制任务。 在通信方面，系统通过SOPC设计技术构建了多个UART接口，这些接口连接了多个下位机与FPGA，使得下位机间的通信变得更加高效和便捷。为了处理不同存储器（如SRAM、SDRAM和FLASH）之间的总线冲突，开发者在Quartus环境中使用VHDL或Verilog语言编写了总线复用模块，确保数据传输的顺畅。 硬件部分，显示和操作界面主要依托于Altera Cyclone II EPSC35开发板上的SOPC Builder配置。这一部分负责数据显示和用户交互。而传感检测和信号处理则通过外部系统扩展来实现，尤其是关键的放大和A/D转换过程，需要专门的硬件模块来保证数据准确无误地转化为数字信号。 系统的功能主要包括模拟水泥回转窑模型的旋风预热器工作状态，通过传感器采集模拟环境的参数，经放大和A/D转换后，数据通过串口通信传递给上位机——配备Nios II的DE2开发板。Nios II利用其VGA视频显示功能实时呈现参数状态曲线，同时，FPGA能够快速响应，对下位机进行控制，以调整和监控模型的工作状态。系统的可视化设计，如透明有机玻璃模型和LED、LCD显示，增加了教学演示的直观性和实用性。 此外，系统各组件的独立性使得它可以作为多个教学模型使用，例如传感器的应用、A/D转换的原理、放大电路的工作方式以及通信和FPGA的编程实践。预留的三维测量孔则方便添加更多传感器，进一步扩展系统的监测能力。 这个基于Nios II的过程控制实验装置通过巧妙地结合SOPC技术、FPGA硬件和Nios II处理器，构建了一个功能强大、可扩展且适用于教学和实际工业应用的控制系统。