基于FPGA的汽車油改氣電控系統的研究
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摘要：介紹了一種基于FPGA的汽車油改氣電控系統的研究與設計，采用自頂向下模塊化設計，依據功能將FPGA劃分成幾個模塊，詳細論述了各模塊的設計方法和控制流程，給出核心模塊的狀態流程圖及時序仿真波形。經在MATLAB和QuartusII環境下仿真和實際電路驗證，系統可以達到預期效果。
隨著全球資源短缺、環境污染和生態環境的惡化，汽車與環境的相容性研究已經成為汽車發展研究的主題。天然氣汽車具有排放污染顯著降低、燃料經濟性好、安全性高、發動機壽命長等優點，因此被認為是未來最有前途的一種汽車燃料。在這種強大的市場需求驅動下，油改氣方案勢在必行，可以根據汽車外部采集的數據對其進行分析、研究與設計。
1 系統總體結構
本系統以FPGA為中心，主要包括以下部分：(1)信號采集部分：包括一系列的汽車傳感器，實時獲取發動機各項參數；(2)ECU模塊：系統的控制核心；(3)執行機構：實時執行ECU的控制指令，使發動機正常工作；(4)人機交互界面設計：完成上下位機之間異步串行通信，實時觀測系統運行狀況。圖1為系統總體結構圖。
2 FPGA主要模塊實現
根據汽車電控單元的需求，設計選用的FPGA是ACTEL公司基于非易失性Flash技術的A3P250器件(100-VQFP)。器件采用了精細顆粒架構VersaTile，具有250K系統門結構，采用了130nm的工藝技術，內核電壓1.5V，時鐘頻率48MHz。A3P250是反熔絲的，抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，應用較廣。FPGA功能模塊描述語言主要包括時鐘邏輯模塊、A/D采樣控制模塊、模糊控制模塊、步進電機控制模塊、PWM產生模塊、UART通信模塊等。系統設計模塊如圖2所示。
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