基于FPGA cylone II芯片实现智能脉冲电源的设计

数控电火花机床是对工件进行精密加工的专用加工工具。早期电火花机床的脉冲电源电路由分立元件组成或由单片机实现。分立元件的电路设计复杂，电路调试困难。基于单片机或32位嵌入式CPU的脉冲电源性能有了很大提高，智能化程度也很高。但是对于不同的处理器来说，它的便携性不是很好。如果硬件电路完成，则不能更改或升级。现场可编程门阵列FPGA的使用不仅继承了单片机或嵌入式CPU设计的电源的优点，而且具有一些新的特点。本文提出的方案采用了Altera公司的赛昂电子芯片。在芯片上配置Altera提供的NIOSII处理器，用户自己用HDL语言编写的用户ip模块可以产生参数化的脉搏波，即提出了一种新型智能脉搏电源。
1脉冲电源的原理设计
数控机床脉冲电源电路主要由脉冲发生器、隔离放大电路、DC电源电路、功率放大电路和开关电路组成。放电脉冲的产生过程如下：首先，脉冲发生器产生高频参量脉冲信号，经光耦合器隔离，经功率驱动电路放大，从而控制高频开关管的通断。高频开关管的另一端连接DC电源，开关管接通和断开DC电源，产生电火花加工用的高频脉冲电源。核心部分是脉冲发生器的设计。
基于数字信号处理器的嵌入式脉冲发生器设计
只有设计高频参量脉冲发生器，才能实现脉冲处理电源的精度和参数化。电源系统采用Altera公司CycloneII序列的FPGA芯片EP2C8Q208C7，性价比较好。其逻辑资源足以实现系统的功能。
2.1嵌入式系统硬件设计
系统采用软核NiosII处理器，是NIOS/F. NiosII处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，性能超过200DMIPS。嵌入式CPU的定制过程在QuartusII中实现。QuartusII是Altera提供的集成FPGA/CPLD开发环境，可以完成系统设计和仿真。整个设计过程是：编译图形或HDL，分析合成，滤波，模拟，编译编程文件，下载配置到FPGA。除了NIOSII和一些常用的外设IP，这个系统还有一个用户IP。用户IP用来产生PWM的模块脉冲发生器是用VHDL编写一个状态机来实现的。一个模块使用状态机实现三种状态：空闲、脉宽和脉间。三种状态之间的转换由时钟输入、状态控制信号和计数器状态决定。一般系统启动后会在脉宽状态和脉宽状态之间切换，实现连续PWM。脉冲发生器T的另一个模块是脉冲发生器与Avalon总线的接口。通过这个接口，可以读写脉冲发生器模块中寄存器的状态，控制脉宽调制的脉宽和脉间大小。用户模块用HDL编写，Quartus编译合成正确后可以写寄存器头文件_regs.h和C函数。文件中定义了用户模块的访问方式，并提供了硬件和软件的接口。最后，通过SOPCBuilder中的Avalon总线接口，将HDL文件、寄存器文件和驱动程序集成到一个完整的用户IP中。硬件的脉冲发生器可以结合用户IP和Altera  IP生成
4结论
基于电火花加工机理和嵌入式技术的最新研究成果，针对微细电火花加工电源的研究现状，提出了一种新型智能电火花加工脉冲电源。电源的脉间精度可以达到0.2s，这是普通分立软件和集成电路无法达到的。如果脉宽和脉间大小参数化，这些设置都是软件做的，FPGA设计可以很好的保密性更新。由于电火花脉冲放电频率高，这种新型脉冲电源提高了加工精度。由于HDL语言和FPGA技术的广泛应用，这种智能脉冲电源具有很好的通用性。