FPGA ver2 tài liệu hướng dẫn sử dụng FPGA

FPGA
in
Power Electronics

www.trungtamtinhoc.edu.vn


FPGA
Phần 1: Giới thiệu chung về FPGA
 1. Tổng quan về FPGA
 2. Kit phát triển Spartan 6
 3. Các công cụ lập trình
 3.1. Toolbox System Generation trên Matlab
 3.2. Phần mềm ISE Project Navigator
Phần 2: Tạo những khối thường dùng bằng Toolbox XSG
 1. Khối phát xung
 2. Khối tạo sine
 3. Khối tạo xung triangle
 4. Chèn code vhdl vào file mô phỏng
 5. Khối tạo thời gian Deadtime
Phần 3 : Ứng dụng trong điều khiển bộ biến đổi DC/AC/AC
www.trungtamtinhoc.edu.vn


FPGA
Phần 1
Giới thiệu chung về FPGA
1. Tổng quan về FPGA
2. Kit phát triển Spartan 6
3. Các công cụ lập trình
 3.1. Toolbox System Generation trên

Matlab
 3.2. Phần mềm ISE Project Navigator
www.trungtamtinhoc.edu.vn


1. Tổng quan về FPGA
-FPGA là gì?
• FPGA (Field Programmable Gate Aray) là

mạch tích hợp sử dụng cấu trúc mảng phần
tử logic

www.trungtamtinhoc.edu.vn


1. Tổng quan về FPGA
• FPGA được thiết kế đầu tiên bởi Ross

Freeman, người sáng lập công ty Xilinx vào
năm 1984
• FPGA có khả năng
chứa tới từ 100.000
đến hàng vài tỷ cổng
logic, so với kiến trúc
trước đó CPLD, chỉ
chứa từ 10.000 đến
100.000 cổng logic
www.trungtamtinhoc.edu.vn

1. Tổng quan về FPGA
-Ứng dụng của FPGA
• Ứng dụng của FPGA bao gồm: xử lý tín hiệu

số DSP, các hệ thống hàng không, vũ trụ,
quốc phòng, phân tích nhận dạng ảnh, tiếng
nói.
• Do tính linh động cao
trong quá trình thiết kế
cho phép FPGA giải
quyết lớp những bài
toán phức tạp.
www.trungtamtinhoc.edu.vn


1. Tổng quan về FPGA
-Ưu thế của FPGA
• Khả năng tái cấu trúc

cực mạnh
• Tại sao phải dùng FPGA

khi nắm trong tay MCU/CPU?
+ MCU/CPU vẫn cần các hardware khác
bên cạnh trong các ứng dụng chuyên dụng
+ Thiết kế 1 MCU của chính mình?
www.trungtamtinhoc.edu.vn


2. Kit phát triển Spartan 6

• Kit Xilinx FPGA Spartan 6 XC6SLX16

www.trungtamtinhoc.edu.vn


2. Kit phát triển Spartan 6
- Chip FPGA Spartan 6

www.trungtamtinhoc.edu.vn

Bank

Phân vùng chức năng

0

VGA, USB2.0, PMOD, UART

1

SD Card, Camera, Ethernet

2

IO ， QSPI, FLASH,LED,KEY

3

DDR3, reset

2. Kit phát triển Spartan 6
-Cổng JTAG

Có 2 cách nạp chương trình qua cổng JTAG:
• Nạp bằng tập tin .bit
• Nạp bằng tập tin .mcs

www.trungtamtinhoc.edu.vn


2. Kit phát triển Spartan 6
-DDR3 DRAM và EEPROM
• DDR3 DRAM loại

MT41J64M16LA-187E,
công suất: 128MByte
• EEPROM 24LC04 ,

công suất: 4Kbit

www.trungtamtinhoc.edu.vn


2. Kit phát triển Spartan 6
-Cổng vào/ra
• 6 chân cấp nguồn ra, 34 chân dữ liệu

www.trungtamtinhoc.edu.vn

2. Kit phát triển Spartan 6
-1 số cổng và thành phần khác
• Thạch anh 50M

• Cổng USB 2.0, UART

www.trungtamtinhoc.edu.vn


2. Kit phát triển Spartan 6
• Cổng VGA, khe cắm SD card,

header kết nối camera, ethernet..

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3. Các công cụ lập trình
3.1. Toolbox System Generation for DSP
• Toolbox có trong bộ ISE Design Suit 13.4
• Hỗ trợ Matlab phiên bản R2010
• Chú ý: Không khởi động trực tiếp
Matlab để sử dụng toolbox này.
Phải
khởi động từ shortcut System Generator hoặc
Start/All Program/Xilinx ISE Design Suit
13.4/System Generator/System
Generator.exe
www.trungtamtinhoc.edu.vn

3.1. System Generation for DSP
- Các chức năng chính của Toolbox
• Chức năng mô phỏng chương trình FPGA
• Chức năng kết nối và mô phỏng trực tiếp kit
phát triển với Matlab/Simulink (Hardware
Co-Simulation)
• Dịch file mô phỏng sang ngôn ngữ VHDL
phục vụ cho lập trình trên ISE Project
Navigator

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP
-Toolbox gồm 2 thành phần chính:

 Xilinx Blockset

www.trungtamtinhoc.edu.vn

Xilinx Reference blockset


3.1. System Generation for DSP
- Thư viện Xilinx Blockset

www.trungtamtinhoc.edu.vn

3.1. System Generation for DSP

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP
-Ví dụ phát xung pwm
• Xung PWM được tạo ra bằng cách so sánh 2

tín hiệu với nhau. Tín hiệu thứ nhất là xung
răng cưa, có thể được tạo bằng bộ đếm
counter. Tín hiệu thứ hai là một hằng số.

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP
- Sơ đồ mô phỏng

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP
- Khối tạo xung răng cưa sử dụng bộ đếm

counter

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP
- Xung răng cưa thu được:

www.trungtamtinhoc.edu.vn


3.1. System Generation for DSP
- Sóng mang được so sánh với giá trị duty
cycle (constant) bằng khối Relational

www.trungtamtinhoc.edu.vn