fpga的小车直线运动控制
随着科学技术的飞速发展和人类社会的进步，人们急需一种智能化工具来代替人类在复杂危险的情况下进行作业，或者在特殊环境下进行探索以及科学研究。而智能小车正好满足了人类这一需求。然而在智能小车的开发过程中，往往面临着定制电路复杂程度高难以修改，开发周期慢长等诸多问题。FPGA技术的出现成功地解决了这些问题，使得智能小车的设计流程变得更加便捷，设计可能性更加丰富。在FPGA技术的帮助下，智能小车行业有着无法估量的光明前途。Zynq平台作为最先进的FPGA技术平台代表，是Xilinx公司推出的行业第一个可扩展处理平台，具有极高的开发自由度和超强的开发灵活性，为智能小车的开发提供了一个良好的载体。本次毕业设计正是在Xilinx公司的Zynq平台上开发智能小车，采用硬件编程语言使用Vivado开发套件分别完成系统框架创建和直线运动IP内核编写和封装，最终完成智能小车的直线运动控制。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3研究目的及意义 3
1.3.1 研究目的 3
1.3.2 研究意义 3
1.4研究内容 3
第二章 硬件平台 5
2.1 Xilinx公司简介 5
2.2 Zynq平台 5
2.2.1 Zynq7000芯片 5
2.2.2 ZedBoard板载外设 7
2.3 智能小车 8
2.3.1基本介绍 8
2.3.2智能小车结构 9
2.3.3电路逻辑结构 10
2.3.4 智能小车连接方式 10
第三章 Vivado套件操作 12
3.1 Vivado设计套件 12
3.2 Zynq嵌入式系统创建 14
3.2.1 Vivado工程创建 14
3.2.2 系统框架创建 15
3.3 Zynq启动 17
3.3.1 外
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
部启动条件 17
3.3.2 Zynq启动操作 18
3.4 PS和PL编辑 21
第四章 电机控制设计 24
4.1 电机控制原理 24
4.2 信号控制 24
4.3 实现电机直线控制 26
4.3.1 小车运动函数 26
4.3.2 通过串口控制小车运动 27
第五章 总结与展望 30
5.1 毕设结果与分析 30
5.2 总结与体会 30
5.3 展望 31
致谢 32
参考文献 33
附录 35
第一章 绪论
1.1研究背景
随着科学技术的进步，人类探索未知世界的愿望也越来越强烈，探索难度也随着人类所涉及领域的突飞猛进而越来越大，从深埋地下的远古历史遗迹，到深达数千米的幽深海沟，甚至到对月球、火星以及无限宇宙的探索，已经远远超出了人类仅凭自身和一般工具所能够触及到的领域。与此同时，随着人类社会的进步，仅凭人类本身在复杂危险情况下进行科学研究，或者在地震、火灾等危险环境下进行抢险救援等需要冒着巨大风险的活动，已经远远落后于现代人类对安全性和可靠性的需求[1]。因此，一种能够代替人类在特殊领域作业的智能化可移动工具被迫切需求着能够进入市场。
当今国内外诸多大学及研究机构都在积极投入人力财力开发针对特殊条件下的智能化行走载具，而智能小车正是其研究的重中之重，相比其他复杂的智能行走机器人，智能小车具有稳定性好，可靠性高等诸多优点，为人类突破这些局限条件创造了条件。随着智能小车技术的发展，它在科学勘探、地址探测、管道维修等诸多特殊环境下的应用也越来越成熟[2]。
然而在智能小车的开发中，往往面临着定制电路复杂程度高难以修改，开发周期慢长等诸多问题，给智能小车光明的未来带来了一定程度的挑战。幸运的是，FPGA技术的发展和成熟可以很大程度上地解决以上问题。FPGA即现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array），是作为专用集成电路中的一种新型的半定制电路而出现的，是在GAL、PAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA技术的出现既解决了传统方法定制电路难度大复杂程度高的问题，又极大程度上解决了原有可编程器件门电路数有限的问题，能够让智能小车的设计流程得以大幅度化简，任意修改已部件设计变成可能，大大缩短了设计周期[3]。可以说，基于FPGA的智能小车将成为未来智能小车的设计主流，将在科学勘探、地质考察等诸多方面的应用前途也会越来越光明。
本次毕业设计所采用的正是由Xilinx公司设计的基于Zynq7000芯片平台的智能小车。ZYNQ平台是Xilinx公司推出的行业第一个可扩展处理平台，具有无限的开发可能性，为智能小车的设计发展提供了一个具有光明前途的载体。无论智能小车的应用多么广泛、运动多么复杂，直线运动控制都是智能小车运动的基础，不能够合格地控制智能小车完成直线运动，其他的外设和功能都无法得以实现。本次毕业设计的课题：基于FPGA的智能小车直线控制正是在这样的背景下应运而生，具有非凡的研究意义。
1.2研究现状
基于FPGA的智能小车有如此非凡的研究意义，注定它在各种领域都有着有光明的前景。国内外的大学和研究机构也纷纷认识到这点，但由于FPGA和智能小车的结合暂时还没有很广泛的应用，下面将从智能小车和FPGA两部分分别简单介绍一下国内外的研究状况。
1.2.1 国外研究现状
国外在智能小车方面的研究历史较长，早在上个世纪五十年代，美国Barrett Electronics公司研究开发出了世界上第一台智能车，尽管其实只是一个运动在固定平台上的拖车式平台，但已经具备了智能车的基本特征[4]。随着计算机技术的应用和传感器的发展，关于智能小车的研究得到了大幅度的发展。到了80年代中后期，包括美国、欧洲、日本等世界主要发达国家和地区都投入了大量的人力和财力资源在智能车辆的发展上，智能车的浪潮开始席卷全球，越来越多的世界著名公司纷纷开始把发展目标放在智能车辆上。到了21世纪，智能车辆已经得到了大规模、突破性的研究和发展。德意志联邦大学、日本大阪大学、荷兰鹿特丹港口研究中心在智能小车的研究方面具有领先地位[5]。
关于FPGA技术，本次毕设使用的Zynq7000芯片在世界上具有最顶级技术水平，是由Xilinx公司推出的行业第一个可扩展处理平台，具有极高的开发自由度和超强的灵活性。
在国外，已经有不少开发员将Zynq平台上完成了智能小车的设计，包括完善的带悬臂智能小车等，在ZedBoard.org和GitHub上都能够搜索到相关内容。可以说在世界领域，基于FPGA特别是在Zynq平台上开发完成的智能小车都象征着最领先技术水平。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3研究目的及意义 3
1.3.1 研究目的 3
1.3.2 研究意义 3
1.4研究内容 3
第二章 硬件平台 5
2.1 Xilinx公司简介 5
2.2 Zynq平台 5
2.2.1 Zynq7000芯片 5
2.2.2 ZedBoard板载外设 7
2.3 智能小车 8
2.3.1基本介绍 8
2.3.2智能小车结构 9
2.3.3电路逻辑结构 10
2.3.4 智能小车连接方式 10
第三章 Vivado套件操作 12
3.1 Vivado设计套件 12
3.2 Zynq嵌入式系统创建 14
3.2.1 Vivado工程创建 14
3.2.2 系统框架创建 15
3.3 Zynq启动 17
3.3.1 外
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
部启动条件 17
3.3.2 Zynq启动操作 18
3.4 PS和PL编辑 21
第四章 电机控制设计 24
4.1 电机控制原理 24
4.2 信号控制 24
4.3 实现电机直线控制 26
4.3.1 小车运动函数 26
4.3.2 通过串口控制小车运动 27
第五章 总结与展望 30
5.1 毕设结果与分析 30
5.2 总结与体会 30
5.3 展望 31
致谢 32
参考文献 33
附录 35
第一章 绪论
1.1研究背景
随着科学技术的进步，人类探索未知世界的愿望也越来越强烈，探索难度也随着人类所涉及领域的突飞猛进而越来越大，从深埋地下的远古历史遗迹，到深达数千米的幽深海沟，甚至到对月球、火星以及无限宇宙的探索，已经远远超出了人类仅凭自身和一般工具所能够触及到的领域。与此同时，随着人类社会的进步，仅凭人类本身在复杂危险情况下进行科学研究，或者在地震、火灾等危险环境下进行抢险救援等需要冒着巨大风险的活动，已经远远落后于现代人类对安全性和可靠性的需求[1]。因此，一种能够代替人类在特殊领域作业的智能化可移动工具被迫切需求着能够进入市场。
当今国内外诸多大学及研究机构都在积极投入人力财力开发针对特殊条件下的智能化行走载具，而智能小车正是其研究的重中之重，相比其他复杂的智能行走机器人，智能小车具有稳定性好，可靠性高等诸多优点，为人类突破这些局限条件创造了条件。随着智能小车技术的发展，它在科学勘探、地址探测、管道维修等诸多特殊环境下的应用也越来越成熟[2]。
然而在智能小车的开发中，往往面临着定制电路复杂程度高难以修改，开发周期慢长等诸多问题，给智能小车光明的未来带来了一定程度的挑战。幸运的是，FPGA技术的发展和成熟可以很大程度上地解决以上问题。FPGA即现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array），是作为专用集成电路中的一种新型的半定制电路而出现的，是在GAL、PAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA技术的出现既解决了传统方法定制电路难度大复杂程度高的问题，又极大程度上解决了原有可编程器件门电路数有限的问题，能够让智能小车的设计流程得以大幅度化简，任意修改已部件设计变成可能，大大缩短了设计周期[3]。可以说，基于FPGA的智能小车将成为未来智能小车的设计主流，将在科学勘探、地质考察等诸多方面的应用前途也会越来越光明。
本次毕业设计所采用的正是由Xilinx公司设计的基于Zynq7000芯片平台的智能小车。ZYNQ平台是Xilinx公司推出的行业第一个可扩展处理平台，具有无限的开发可能性，为智能小车的设计发展提供了一个具有光明前途的载体。无论智能小车的应用多么广泛、运动多么复杂，直线运动控制都是智能小车运动的基础，不能够合格地控制智能小车完成直线运动，其他的外设和功能都无法得以实现。本次毕业设计的课题：基于FPGA的智能小车直线控制正是在这样的背景下应运而生，具有非凡的研究意义。
1.2研究现状
基于FPGA的智能小车有如此非凡的研究意义，注定它在各种领域都有着有光明的前景。国内外的大学和研究机构也纷纷认识到这点，但由于FPGA和智能小车的结合暂时还没有很广泛的应用，下面将从智能小车和FPGA两部分分别简单介绍一下国内外的研究状况。
1.2.1 国外研究现状
国外在智能小车方面的研究历史较长，早在上个世纪五十年代，美国Barrett Electronics公司研究开发出了世界上第一台智能车，尽管其实只是一个运动在固定平台上的拖车式平台，但已经具备了智能车的基本特征[4]。随着计算机技术的应用和传感器的发展，关于智能小车的研究得到了大幅度的发展。到了80年代中后期，包括美国、欧洲、日本等世界主要发达国家和地区都投入了大量的人力和财力资源在智能车辆的发展上，智能车的浪潮开始席卷全球，越来越多的世界著名公司纷纷开始把发展目标放在智能车辆上。到了21世纪，智能车辆已经得到了大规模、突破性的研究和发展。德意志联邦大学、日本大阪大学、荷兰鹿特丹港口研究中心在智能小车的研究方面具有领先地位[5]。
关于FPGA技术，本次毕设使用的Zynq7000芯片在世界上具有最顶级技术水平，是由Xilinx公司推出的行业第一个可扩展处理平台，具有极高的开发自由度和超强的灵活性。
在国外，已经有不少开发员将Zynq平台上完成了智能小车的设计，包括完善的带悬臂智能小车等，在ZedBoard.org和GitHub上都能够搜索到相关内容。可以说在世界领域，基于FPGA特别是在Zynq平台上开发完成的智能小车都象征着最领先技术水平。
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