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| 內容簡介： |
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《基于FPGA的伺服系统数字控制技术》全面阐述了FPGA在电动机控制系统中的应用技术，本书共分为10章，主要内容包括典型FPGA分类、使用、代表产品、结构原理、开发工具、设计流程、硬件描述语言、软件开发环境、数据通信模块、数字信号处理基础、数据采集技术；在此基础上介绍FPGA电动机控制技术、容错技术及测试方法、在工程领域的应用等。本书包含了大量的源程序代码，读者可以根据需要直接采用。
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| 目錄：
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前言
第1章概论
1.1可编程逻辑器件概述
1.1.1可编程逻辑器件简介
1.1.2可编程逻辑器件的发展历史
1.1.3可编程逻辑器件与设计软件
1.2FPGA分类与使用
1.2.1FPGA的分类
1.2.2FPGA的使用
1.3FPGA供应商及代表产品
1.3.1Xilinx公司的代表产品
1.3.2Altera公司的代表产品
1.3.3Actel公司的代表产品
1.3.4其他产品
1.4FPGA技术的发展与趋势
1.5机电伺服系统FPGA应用特点和设计要求
第2章FPGA设计基础
2.1FPGA的原理与结构
2.1.1FPGA的原理
2.1.2FPGA的结构
2.1.3软核、硬核以及固核的概念
2.2FPGA的工艺结构
2.2.1基于SRAM结构的FPGA
2.2.2基于反熔丝结构的FPGA
2.2.3基于Flash结构的FPGA
2.2.4FPGA工艺结构的对比分析
2.3FPGA与其他芯片的比较
2.3.1FPGA与CPLD
2.3.2FPGA与DSP
2.3.3FPGA与ARM
2.4FPGA常用开发工具
2.4.1集成开发环境
2.4.2仿真工具
2.4.3综合工具
2.4.4调试与加载
2.5FPGA的基本设计技术
2.5.1设计流程
2.5.2设计方法
2.6IP核及开发流程
2.6.1IP设计的四大阶段
2.6.2IP验证的主要过程
2.6.3IP的规格定义
2.6.4IP集成
2.6.5IP集成的一般考虑
2.6.6IP模块的评估与选择
第3章FPGA硬件描述语言
3.1VHDL语言基本结构
3.1.1VHDL的历史与特点
3.1.2VHDL相关申明方法
3.1.3结构体的描述方法
3.1.4程序包与程序包体
3.1.5VHDL的程序库
3.2VHDL语言的数据类型与运算
3.2.1VHDL语言的数据对象
3.2.2VHDL语言的数据类型
3.2.3VHDL语言的运算
3.3VHDL语言的预定义属性
3.3.1VHDL的预定义数据类型
3.3.2IEEE预定义标准逻辑位与矢量
3.4Verilog HDL语言基本结构
3.4.1Verilog HDL的历史与特点
3.4.2Verilog HDL相关声明方法
3.4.3结构体的描述方法
3.5Verilog HDL语言的数据类型与运算
3.5.1标志符
3.5.2数据类型
3.5.3模块端口
3.5.4常量集合
3.5.5运算符和表达式
3.6Verilog HDL语言描述
3.6.1门极建模形式
3.6.2数据流建模形式
3.6.3行为建模形式
第4章FPGA软件开发环境
4.1ISE开发软件
4.1.1ISE软件简介
4.1.2ISE系统要求与安装
4.1.3ISE软件的使用方法
4.2Quartus Ⅱ设计开发软件
4.2.1Quartus Ⅱ软件简介
4.2.2Quartus Ⅱ系统要求与安装
4.2.3Quartus Ⅱ软件的使用方法
4.3MAX+PLUSⅡ开发软件
4.3.1MAX+PLUSⅡ软件简介
4.3.2MAX+PLUSⅡ系统要求与安装
4.3.3MAX+PLUSⅡ软件的使用方法
第5章基于FPGA数据通信模块的实现
5.1RS232串口数据通信
5.1.1RS232通信概况
5.1.2RS232通信协议及实现方案
5.1.3信号检测模块的实现
5.1.4波特率发生器模块
5.1.5移位寄存器模块
5.1.6计数器模块
5.1.7奇偶校验模块
5.1.8测试平台的编写和仿真
5.2I2C数据通信
5.2.1I2C总线概况
5.2.2I2C协议具体FPGA实现
5.2.3程序的仿真与测试
5.3CAN总线数据通信
5.3.1CAN总线协议概述
5.3.2CAN总线控制器程序框架
5.3.3CAN总线控制器的FPGA实现
5.3.4CRC检验码的FPGA实现
5.4USB接口控制器
5.4.1USB接口简介
5.4.2USB体系结构
5.4.3USB固件开发
5.4.4USB驱动和软件开发
5.5SPI数据通信
5.5.1SPI数据通信概述
5.5.2SPI数据通信特点
5.5.3SPI协议具体FPGA实现
5.61553B总线数据通信
5.6.11553B总线协议概述
5.6.21553B总线优点
5.6.31553B总线系统的FPGA实现
5.7光纤总线通信
5.7.1光纤通信协议框架设计
5.7.2通信协议的实现
5.7.3光纤总线通信的FPGA设计
5.7.4通信协议仿真
第6章FPGA中的数字信号处理基础
6.1FPGA最小系统
6.1.1FPGA管脚设计
6.1.2FPGA存储器设计
6.1.3FPGA开关、按键电路设计
6.1.4FPGA电源及复位电路设计
6.1.5FPGA时间及定时器电路设计
6.2二进制加法器和乘法器设计
6.2.1数的表示方法
6.2.2流水线加法器
6.2.3流水线乘法器
6.3基于FPGA数字滤波器设计
6.3.1数字滤波器分类及工作原理
6.3.2FIR滤波器设计与实现
6.3.3IIR滤波器设计与实现
6.4基于FPGA傅立叶变换器设计
6.4.1FFT算法基本原理
6.4.2FFT模块设计
6.4.3输出缓冲器设计
第7章基于FPGA的数据采集技术
7.1数据采集的基本概念
7.1.1数据采集的研究现状与发展
7.1.2数据采集系统主要性能指标
7.1.3采样定理
7.2AD转换原理及模块
7.3基于FPGA的多路数据采集系统设计
7.3.1多通道选择开关设计
7.3.2AD转换电路（AD7862）
7.3.3基于FPGA控制的多通道选择模块
7.3.4基于FPGA的AD控制模块
7.4基于FPGA的同步数据采集设计
7.4.1AD转换电路（AD7656）
7.4.2FPGA控制功能模块
7.4.3功能实现
第8章FPGA伺服电动机控制技术
8.1FPGA在直流电动机中的应用
8.1.1直流电动机的工作原理
8.1.2直流电动机PWM调速原理
8.1.3FPGA在直流电动机调速系统中的应用
8.1.4FPGA在直流电动机位置控制系统中的应用
8.2FPGA在步进电动机控制器中的应用
8.2.1步进电动机工作原理
8.2.2FPGA在步进电动机联动控制方案中的应用
8.2.3步进电动机细分技术
8.2.4细分驱动模块FPGA实现
8.3FPGA在无刷直流电动机中的应用
8.3.1无刷直流电动机驱动系统的基本结构
8.3.2无刷直流电动机驱动系统的工作原理
8.3.3无刷直流电动机的数学模型
8.3.4基于FPGA的无刷直流调速系统
8.4FPGA在无位置传感器的无刷直流电动机应用
8.4.1反电动势过零法数学模型的建立
8.4.2三段式无传感器运行算法设计
8.5FPGA在交流永磁同步电动机中的应用
8.5.1永磁同步电动机工作原理
8.5.2永磁同步电动机矢量控制原理
8.5.3FPGA在交流永磁同步电动机控制器中的设计与实现
8.6FPGA在交流感应电动机中的应用
8.6.1交流感应电动机工作原理
8.6.2交流感应电动机的矢量控制系统
8.6.3交流感应电动机模糊矢量控制原理
8.6.4基于FPGA的感应电动机模糊控制系统
8.7FPGA在开关磁阻电动机中的应用
8.7.1开关磁阻电动机的结构及其工作原理
8.7.2开关磁阻电动机驱动系统控制方式
8.7.3基于FPGA的开关磁阻电动机位置检测算法研究
8.7.4基于FPGA的开关磁阻电动机无传感器控制系统
第9章FPGA容错技术及测试方法
9.1FPGA典型故障类型
9.1.1容错技术概述
9.1.2常见的FPGA故障模型
9.1.3典型的FPGA故障检测方法
9.2可编程逻辑功能模块的测试设计
9.2.1查找表（LUT）的测试
9.2.2进位逻辑模块的测试
9.2.3函数发生器RAM模式的测试
9.3可编程互连资源的测试
9.3.1互连资源内建自测试概述
9.3.2构建内建自测试子模块
9.3.3通用布线资源测试的实现
9.3.4互连资源的诊断方法
9.4FPGA动态可重构容错技术
9.4.1可重构技术的基本原理
9.4.2动态重构设计方法
9.4.3基于FPGA的局部动态可重构技术
第10章FPGA在工程领域的应用
10.1FPGA技术的基本应用
10.1.1FPGA技术在数字中频处理中的应用
10.1.2FPGA中植入嵌入式系统处理器
10.1.3基于FPGA的DSP系统设计
10.1.4FPGA技术在单片机中的应用
10.1.5FPGA在人工神经网络领域的实现研究
10.2FPGA在航天领域的应用
10.2.1国外FPGA航天技术研究现状
10.2.2FPGA在航天伺服系统中的应用
10.2.3航天应用FPGA的可靠性设计
10.3FPGA在军事领域的应用
10.3.1FPGA攻击原理分析
10.3.2FPGA加密保护技术
10.3.3军用龙芯计算机系统板的FPGA加密方法
10.3.4基于FPGA在防空导弹发射机构测试技术
10.3.5FPGA在坦克炮控系统中的应用
10.3.6基于FPGA的导弹制导站系统设计
10.4FPGA在工业领域的应用研究
10.4.1FPGA在水下领域的应用
10.4.2FPGA在矿山领域的应用
10.5FPGA在民用领域（医疗设备）中的应用
10.5.1FPGA在心电设备中的应用
10.5.2FPGA在超声设备中的应用
10.5.3FPGA在电子内窥镜中的应用
参考文献
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| 內容試閱：
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现代高性能机电伺服系统是一种复杂的数字控制系统，需要具备强大的数据通信、信号采集与处理能力，能运行先进的伺服控制算法，能完成复杂的系统状态管理。FPGA具有速度快、规模大、设计模块化的诸多优点，设计人员不仅对其内容可重复编程，还可以对其IO口重复配置，使得系统设计变得更加简单方便、灵活快速，非常适用于数字化机电伺服控制系统。本书比较全面地阐述了FPGA在电动机控制系统中的应用技术。
本书共分10章，第1章介绍了可编程逻辑器件的发展历史与分类，归纳了FPGA产品型号及各公司推出的FPGA系列情况，分析了FPGA数字控制技术的发展概况与趋势，概述了在机电伺服系统中应用FPGA的设计要点及设计流程。第2章介绍了FPGA几种常规的结构工艺，分析了FPGA的硬件结构及其工作原理，对比了FPGA与当前应用广泛的CPLD、DSP及ARM的应用特点，展现了现有FPGA的开发工具和开发环境，提出了通用FPGA设计流程和设计方法。第3章在前章节FPGA开发环境论述的基础上，针对FPGA各种硬件描述语言进行说明，详细论述了VHDL和Verilog HDL硬件描述语言的结构特点与使用方法。第4章介绍了FPGA具体的开发环境，包括最为常用的最新版本ISE、MAX+PLUS Ⅱ和Quartus Ⅱ软件使用情况，讲述了各种软件的使用特点、安装流程及使用方法。第5章主要针对机电伺服系统中数字通信的FPGA设计方法进行详细论述，包括RS232串行数据通信协议、实现方案及利用FPGA各个数字模块的设计方法、I2C串行数据通信FPGA具体实施方案和建模过程、CAN总线通信协议及FPGA实现方法、USB接口固件开发和软件驱动实施流程、SPI通信特点及FPGA具体实现、1553B总线及分布式光纤数据通信特点及FPGA具体实施例程。第6章就FPGA设计的基础知识进行论述，主要分析FPGA的最小管理系统电路设计，包括引脚、电源、存储器、定时器等，讲述了FPGA加法器和乘法器几种设计思想，设计了滤波器和FFT数字处理方法。第7章论述了FPGA在模拟信号采样中的应用，分析数据采样基本指标和工作原理，举例说明了基于FPGA的AD采样方案及具体设计方法。第8章主要论述了FPGA在电动机控制和电动机伺服技术中的设计技术，针对直流电动机、步进电动机、无刷直流电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机及交流感应电动机，利用FPGA实现数字控制，分析了各种电动机控制的工作原理、数学模型及控制方法。第9章分析了FPGA的容错技术和测试技术，介绍了FPGA常见的故障类型和故障测试方法、FPGA功能模块的测试技术，概述了FPGA动态可重构容错技术理念及发展情况。第10章就国内外相关FPGA应用文献进行总结，分析了FPGA在各行业中的应用情况。
全书由北京精密机电控制设备研究所组织编写。他们充分发挥了航天数字机电伺服专业的技术优势和电力电子技术优势，组织长期专业从事伺服系统总体设计、电气系统设计、电路与软件设计等众多专业技术人员，在充分讨论、分析、总结及全面深化的基础上，从数字控制系统中各单元部件到FPGA方案设计，进行逐层次论述，由研究所各技术组讨论后定稿。
在本书的编写过程中，得到了中国航天科技集团公司、中国运载火箭技术研究院本部、北京精密机电控制设备研究所专家的帮助，哈尔滨工业大学吴红星教授等同行专家对本书提出了宝贵意见，在此一并表示感谢。
由于编者水平有限，书中如有不妥之处，敬请读者批评指正。
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