低速的模擬輸入和輸出通道可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的控制和監(jiān)測(cè)

高速數(shù)字輸出通道可以完成絕緣柵雙極晶體管和金屬氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開(kāi)關(guān)

通用數(shù)字輸入和輸出通道可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的控制和監(jiān)測(cè)

接觸器數(shù)字輸出可以直接連接到24V直流接觸器

圖9.NISingle-BoardRIOGPICI/O

所有的輸入與輸出接口都通過(guò)RIO夾層卡(RMC)接口連接到NIsbRIO-9606控制板上。高速，高帶寬的RMC接口提供了對(duì)FPGA數(shù)字I/O線(xiàn)的直接訪問(wèn)，同時(shí)還提供了幾項(xiàng)處理器特定的功能。FPGAI/O通過(guò)一系列終端電阻連接到RMC接口上，并且FPGA的驅(qū)動(dòng)能力和板載信號(hào)終端阻抗已經(jīng)經(jīng)過(guò)合理的調(diào)整來(lái)支持各種應(yīng)用。

圖10.NISingle-BoardRIOGPICI/O與FPGA之間的連接

所有的輸入與輸出接口都通過(guò)RIO夾層卡(RMC)接口連接到NIsbRIO-9606控制板上。高速，高帶寬的RMC接口提供了對(duì)FPGA數(shù)字I/O線(xiàn)的直接訪問(wèn)，同時(shí)還提供了幾項(xiàng)處理器特定的功能。FPGAI/O通過(guò)一系列終端電阻連接到RMC接口上，并且FPGA的驅(qū)動(dòng)能力和板載信號(hào)終端阻抗已經(jīng)經(jīng)過(guò)合理的調(diào)整來(lái)支持各種應(yīng)用。

圖11.范例計(jì)數(shù)器

圖11展示了一個(gè)對(duì)DIO0上的上升沿之間的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的簡(jiǎn)單VI。注意，該單周期定時(shí)循環(huán)將使用一個(gè)80MHz的分頻時(shí)鐘來(lái)定時(shí)，并且已經(jīng)將DIO0定義為該時(shí)鐘頻率。單周期定時(shí)循環(huán)是LabVIEWFPGA環(huán)境中眾多圖形化對(duì)象之一，這些圖形化對(duì)象可以簡(jiǎn)化FPGA上復(fù)雜的數(shù)字邏輯的實(shí)現(xiàn)。

NISingle-BoardRIO特性

NIsbRIO-9606嵌入式控制和采集設(shè)備在一個(gè)印刷電路板(PCB)上集成了一個(gè)實(shí)時(shí)處理器，一個(gè)用戶(hù)可重配置的FPGA和各種I/O接口。它具有運(yùn)行VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的400MHz的PowerPC處理器，一個(gè)XilinxSpartan-6LX45FPGA和一個(gè)RMC接口。高速、高帶寬的RMC接口提供了對(duì)96個(gè)3.3VFPGA數(shù)字線(xiàn)的直接訪問(wèn)，同時(shí)還提供了某些處理器特定的功能。可以對(duì)FPGAI/O和處理器功能進(jìn)行直接的調(diào)用就意味著您可以在自己的電力電子應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)底層時(shí)序的自定義以及I/O信號(hào)的處理。

圖12.NIsbRIO-9606設(shè)備

您可以在LabVIEWFPGA環(huán)境中對(duì)所有的FPGAI/O進(jìn)行直接的訪問(wèn)。LabVIEW包含了內(nèi)置的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制來(lái)幫助您將數(shù)據(jù)從硬件I/O傳送到FPGA，再通過(guò)高速的PCI總線(xiàn)從FPGA傳送到嵌入式處理器中以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，后期處理，數(shù)據(jù)記錄以及與聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)電腦進(jìn)行通訊。

您可以使用內(nèi)置的10/100Mbit/s以太網(wǎng)端口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)向主機(jī)自帶的Web(HTTP)和文件(FTP)協(xié)議服務(wù)器發(fā)起可編程的通訊。sbRIO-9606同時(shí)還提供了集成的控制器局域網(wǎng)(CAN)，RS232串口和USB端口來(lái)幫助您控制其它外圍設(shè)備。

您可以使用內(nèi)置的10/100Mbit/s以太網(wǎng)端口通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)向主機(jī)自帶的Web(HTTP)和文件(FTP)協(xié)議服務(wù)器發(fā)起可編程的通訊。sbRIO-9606同時(shí)還提供了集成的控制器局域網(wǎng)(CAN)，RS232串口和USB端口來(lái)幫助您控制其它外圍設(shè)備。

FPGA的優(yōu)勢(shì)

利用可自定義的Spartan-6FPGA芯片的各種優(yōu)勢(shì)，您可以以更少的開(kāi)發(fā)成本來(lái)更快地開(kāi)發(fā)電力電子控制應(yīng)用。使用LabVIEW開(kāi)發(fā)工具鏈，結(jié)合Spartan-6FPGA和一套完整的用于電力電子的硬件I/O，相比傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來(lái)說(shuō)在很多方面都提供了更好的性能。

1.可重置性

從最頂層來(lái)看，F(xiàn)PGA是可編程的硅芯片板，包含了可重配置的邏輯門(mén)電路矩陣。與DSP不同，F(xiàn)PGA不用受到特定的一組指令集或是硬件處理單元的限制。使用預(yù)置的邏輯塊和可編程的路由資源，您可以針對(duì)您自己特定的電力電子控制應(yīng)用對(duì)這些板卡進(jìn)行配置。過(guò)去，在FPGA上實(shí)現(xiàn)一個(gè)DSP應(yīng)用(例如PWM逆變器控制算法)通常會(huì)比在DSP處理器上實(shí)現(xiàn)相同的應(yīng)用花費(fèi)更多的精力。這需要開(kāi)發(fā)者對(duì)硬件描述語(yǔ)言和FPGA板卡編程相當(dāng)熟悉。同時(shí)，還需要設(shè)計(jì)一套自定義的I/O接口板來(lái)與FPGA進(jìn)行交互。

NI的Single-BoardRIOGPIC提供了商業(yè)現(xiàn)成可用的開(kāi)發(fā)板，您可以使用LabVIEWFPGA圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)其編程，訪問(wèn)所有您的電力電子應(yīng)用需要用到的I/O，從而解決了上面提到的各種問(wèn)題。在LabVIEWFPGA圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境下，即使您不具備底層硬件描述語(yǔ)言(例如VHDL或者Verilog)或板卡級(jí)的硬件設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)，也可以準(zhǔn)確地定義FPGA板卡需要實(shí)現(xiàn)的邏輯。

圖13.使用LabVIEWFPGA來(lái)設(shè)計(jì)FPGA板卡

使用LabVIEWFPGA，您可以利用高級(jí)的圖形化環(huán)境來(lái)抽象復(fù)雜的HDL編程并生成FPGA的實(shí)現(xiàn)代碼。

圖14.LabVIEW模擬硬件I/O實(shí)現(xiàn)：對(duì)比FPGA與VHDL

使用LabVIEWFPGA，您可以將電力電子IP庫(kù)中現(xiàn)成的VHDL代碼，第三方的IP和IP核集成到您自己的LabVIEWFPGA應(yīng)用程序中，這樣您就可以將更多的開(kāi)發(fā)精力放在應(yīng)用指標(biāo)的設(shè)計(jì)和代碼片段的組織上，而通常的任務(wù)如PWM、PID控制和Clarke及Park變換則可以用預(yù)置的函數(shù)來(lái)完成。