（电路与系统专业论文）智能pid控制器的参数整定及实现.pdf

s e t t i n ga n di m p l e m e n t a t i o no fi n t e l l i g e n tp i dc o n t r o l l e rp a r a m e t e r c a n d i d a t e ：t a n g ji n g s u p e r v i s o r ：h u a n g y o u r u i s c h o o lo fe l e c t r o n i ca n di n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g a n h u iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y n o 1 6 8 ，s h u n g e n gr o a d ， h u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，p r c h i n a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得塞邀堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蜱吼涩年j 月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徽堡王太堂有保留、使用学位论 文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞邀堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽 理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签字日期：刃防年月严日 签字日期：肋亿年占月笋日 摘要 摘要 随着控制领域的发展，各类新型控制器被研发出来，但p i d 控制器仍然是最 为热门的一个选择，这不仅是因为它具有简单的结构易于操作，再者较高的鲁棒 性也是一大优点。近年来，钾能控制理论发展迅速，智能p i d 控制器也随之迅速 崛起。智能p i d 控制器在兼具传统p i d 控制器优点的同时，降低了构建模型的精 确度，算法也变的更加简明。 f p g a ( f i e l d - - p r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ) ，即现场可编程门阵列。f p g a 的 兴起使得软件和硬件之问的界线被重新划分，然而随着人们生活水平的提高、需 求的增大，对f p g a 产品的的大容量、低压、低耗这类的要求也更高，这就意味 着f p g a 的设计难度的增大。现在工程师都热衷于将“智能”和f p g a 相结合， 各种智能化的产品应运而生。 本文采取了f p g a 来实现两种方法的智能p i d 控制器的参数整定。第，种为 模糊控制：首先对模糊p i d 控制器进行模块划分，主要由误差生成模块、模糊量 化模块、生成模糊查找地址模块、模糊推理模块、解模糊化模块、参数处理模块 及p i d 运算模块构成。本文采用的是图形设计的方法实现各个功能模块，在 q u a r t u si i9 0 进行r t l 级电路仿真。 第二种为以生物群体演化而来的群智能算法一a c o ( 蚁群算法) 。本文采 用的是利用v e r il o g 语言来描述各个模块，由于蚁群算法中所涉及的各类函数较 多，这里通过宏模块来搭建函数模块，再由程序来实现参数的寻优。该设计中涉 及大量小数，因此选择了用整数转为浮点型来进行数据处理，通过s o p c 定制c p u 来控制蚁群算法的实现。 结果表明基于模糊控制和蚁群算法的智能p i d 控制器在兼顾了系统的动态和 静态性能的同时提高了传统p i d 控制器参数整定的精度和控制系统的自适应性。 图5 7 表3 参4 8 关键词：p i d 控制参数；f p g a ；模糊控制；蚁群算法 分类号：t p 2 7 3 安徽珥上大学硕士学位论文 i i a b s t r a c t a b s t r a c t b e c a u s ep i dc o n t r o l l e rh a se a s ys 仃1 l c t u r ea n ds t r o n gr o b u s t n e s s ，s op i d c o n t r o l l e r s t i l li st h ep o p u l a ro p t i o nt h o u g ha l lk i n d so fn e wc o n t r o l l e ra r ed e v e l o p e dw i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o n t r o lf i e l d s i nr e c e n ty e a r s ，i n t e l l i g e n tp i d c o n t r o l l e rr i s es h a r p l y a l o n gw i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fc o n t r o lt h e o r y i n t e l l i g e n tp i dc o n t r o l l e ri sn o to n l y h a st h ea d v a n t a g eo ft r a d i t i o n a lp 1 dc o n t r o l l e r ，b u ta l s oc a nl o w e rt h ea c c u r a c yo f b u i l d i n gm o d e l ，c o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h m i sb e c a m eb r i e f f p g am e a n sf i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ，t h eb o u n d a r i e sb e t w e e ns o f t w a r e a n dh a r d w a r ei sr e d i s t r i c t e dw i t hf p g ar i s e ，h o w e v e r ，t h er e q u i r e m e n t st ol a r g e c a p a c i t y ，l o wv o l t a g ea n dl o wp o w e rc o n s u m p t i o no ff p g ap r o d u c t si sb e c o m i n gh i g h w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d s t h e s em e a n st h ed i f f i c u l t yo f d e s i g no ff p g ai si n c r e a s i n g a tp r e s e n t , e n g i n e e r sa r ek e e nt oc o m b i n ei n t e l l i g e n c e w i t hf p g aa n da l lk i n d so f i n t e l l i g e n tp r o d u c t sc a m ei n t ob e i n g i nt h i sa r t i c l e ，t h e r ea r et w om e t h o d st ot u n ep a r a m e t e r so fp i dc o n t r o l l e rb yu s i n g f p g a t h ef i r s tm e t h o di sf u z z yc o n t r o l ，w h i c hf i r s t l yd i v i d e st h em o d u l eo ff u z z y p i dc o n t r o l l e r ，t h em o d u l em a i n l yc o n s i s tb ye r r o r s g e n e r a t e dm o d u l e ，f u z z y q u a n t i z a t i o nm o d u l e ，l o o k u pa d d r e s sm o d u l e ，f u z z yi n f e r e n c em o d u l e ，d e f u z z i f i c a t i o n m o d u l e ，m a n a g e i n gp a r a m e t e r sm o d u l ea n dp i dc o m p u t a t i o nm o d u l e t h e r eu s e g r a p h i cd e s i g na p p r o a c ht or e a l i z ee v e r yf u n c t i o nm o d u l e ，a n dc o n d u c tr t l l e v e l c i r c u i ts i m u l a t i o nb yu s i n gq u a r t u si i9 0 t h es e c o n dm e t h o di sa n tc o l o n yo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ( a c o ) ，w h i c hi sa n i n t e l l i g e n c ea l g o r i t h mo fg r o u pb a s e do nb i o l o g i c a lc o m m u n i t i e s e v o l u t i o n t h i s a r t i c l ed e s c r i b e se v e r ym o d u l eb yu s i n gv e r il o gl a n g u a g e ，d u et oa l lk i n d so ff u n c t i o n a r em o r ei nt h ea n tc o l o n ya l g o r i t h m ，h e r et h r o u g ht h em a c r om o d u l et ob u i l df u n c t i o n m o d u l e ，t h e nt or e a l i z et h eo p t i m i z a t i o no ft h ep a r a m e t e r sb yu s i n gp r o g r a m i nt h e p r o c e s so fd e s i g n ，h e r ei n v o l v e do fl a r g ed e c i m a l ，s ot od e a lw i t h d a t ab yu s i n g f l o a t i n g - p o i n tt y p ed a t a t h r o u g hs o p cc u s t o m i z ec p ut oc o n t r o lt h er e a l i z a t i o no f a n tc o l o n ya l g o r i t h m r e s u l t ss h o wt h a ti n t e l l i g e n tp i dc o n t r o l l e rb a s e do n 岫c o n t r o la n da n tc o l o n y a l g o r i t h mn o to n l yh a sg o o dd y n a m i ca n ds t a t i cp r o p e r t i e sb u ta l s oi m p r o v et h e a c c u r a c yo ft u n i n gp a r a m e t e r sa n da d a p t a b i l i t yo fc o n t r o ls y s t e m i i i 安徽理上大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：p i dp a r a m e t e r s ；f p g a ；f u z z yc o n t r o l ；a n tc o l o n ya l g o r i t h m 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 绪 仑1 1 1 智能p i d 控制器发展概况及参数整定1 1 1 1 智能p i d 控制的发展1 1 1 2p i d 控制器参数的整定技术2 1 2e d a 技术的发展与现状3 1 3 本课题研究的主要内容及意义6 1 4 论文结构7 2p 1 d 控制器参数整定仿真9 2 1p i d 控制器的基本原理9 2 2 基于模糊控制的p i d 控制器参数整定及仿真1 2 2 2 1 模糊控制的基本原理1 2 2 2 2 基于模糊控制的p i d 控制器参数整定1 3 2 2 - 3 仿真结果15 2 3 基于蚁群算法的p i d 控制器参数整定及仿真l7 2 3 1 蚁群算法基本原理17 2 3 2 基于a c o 的p i d 控制器参数整定一2 1 2 - 3 3 仿真结果及分析2 4 3 基于f p g a 的模糊控制p i d 控制器设计与实现2 5 3 1 误差生成模块2 5 3 2 查找地址的生成2 7 3 2 1 隶属函数的编码考虑2 7 3 2 2 控制规则查找表的寻址2 8 3 3 模糊量化模块2 9 3 3 1 量化等级的设计及仿真2 9 3 3 2 模糊化的实现及仿真结果分析3 1 v 安徽理上大学硕士学位论文 3 4 模糊推理模块3 4 3 5 解模糊化模块3 6 3 5 。l 解模糊模块的设计思路3 6 3 5 2 除法的实现3 7 3 5 3 解模糊的仿真分析3 7 3 6p 1 d 运算模块3 8 3 7 仿真实验及结果分析3 9 4 基于f p g a 的蚁群算法p i d 控制器设计与实现4 1 4 1 基于f p g a 的蚁群算法p i d 的方案设计4 1 4 2 各相关要素的构建4 3 4 2 1 定义初始化各数组4 3 4 2 2 构建性能指标函数4 3 4 2 3 信息素的更新4 5 4 2 4p i d 参数寻优5 0 4 3 波形仿真及结果分析5 7 5f p g a 硬件介绍5 9 5 1 芯片介绍5 9 5 2 电源模块6 0 5 3 时钟模块6 0 5 4j t a g 接口和a s 接门6 l 5 5a d 和d a 接口6 1 5 6s o p c 模块6 2 6 总结与展望6 3 6 1 本文工作总结6 3 6 2 工作研究展望6 3 参考文献6 5 致 射6 9 作者简介及读研期问主要科研成果7 1 目录 附录部分原理图7 3 i 安徽理上大学硕士学位论文 c o n t e n t s c o m e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h i i i li n t r o d u c t i o n 1 1 1d e v e l o p m e n ts i t u a t i o na n dp a r a m e t e rt u n i n go f t h ep i dc o n t r o l l e r 1 1 1 1t h e d e v e l o p m e n t o f t h ei n t e l l i g e n tp i dc o n t r 0 1 1 1 1 2p a r a m e t e rt u n i n gt e c h n o l o g yo f t h ep i dc o n t r o l l e r 2 1 2d e v e l o p m e n ta n ds t a t u so f t h ee d a t e c h n o l o g y 3 1 3t h em a i nc o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 6 1 4p a p e rs t r u c t u r e 7 2p i dc o n t r o l l e rp a r a m e t e rt u n i n gs i m u l a t i o n 9 2 1t h eb a s i cp r i n c i p l eo f p i dc o n t r o l l e r 9 2 2p a r a m e t e rt u n i n go f p i dc o n t r o l l e rb a s e do nf u z z yc o n t r 0 1 12 2 2 1t h eb a s i cp r i n c i p l eo f f u z z yc o n t r o l 1 2 2 2 2p a r a m e t e rt u n i n go f p i dc o n t r o l l e rb a s e do nf u z z yc o n t r 0 1 1 3 2 2 3t h es i m u l a t i o nr e s u l t s ：15 2 3p a r a m e t e rt u n i n ga n ds i m u l a t i o no f p i dc o n t r o l l e rb a s e do na c o 17 2 3 1t h eb a s i cp r i n c i p l eo f a n t c o l o n ya l g o r i t h m 17 2 3 2p a r a m e t e rt u n i n go f p i dc o n t r o l l e rb a s e do na c o 2 1 2 3 3t h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i s 2 4 3t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ff u z z yp i dc o n t r o l l e rb a s e do nf p g a 2 5 3 1e r r o rg e n e r a t i o nm o d u l e 2 5 3 2t h eg e n e r a t i o no fs e a r c ha d d r e s s 2 7 3 2 1c o n s i d e r a t i o no f t h em e m b e r s h i pf u n c t i o n sc o d e 2 7 3 2 2a d d r e s s i n go fc o n t r o lr u l e sl o o k - u pt a b l e 2 8 3 3f u z z yq u a n t i t a t i v em o d u l e 2 9 3 3 1q u a n t i t a t i v el e v e ld e s i g na n ds i m u l a t i o n 2 9 3 3 2t h er e a l i z a t i o no f t h ef u z z i f i c a t i o na n da n a l y s i so f s i m u l a t i o n 31 i x 安徽理大学硕士学位论文 3 4f u z z y r e a s o n i n gm o d u l e 3 4 3 5d e f u z z i f i c a t i o nm o d u i e 3 6 3 5 1d e s i g ni d e a so f d e f u z z i f i c a t i o nm o d u l e 3 6 3 5 2t i l er e a l i z a t i o no f t h ed i v i s i o n 3 7 3 5 3s i m u l a t i o na n a l y s i so f d e f u z z i f i c a t i o n 3 7 3 6p i do p e r a t i o nm o d u l e 3 8 3 7t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n tr e s u l t sa n da n a l y s i s 3 9 4t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f a n tc o l o n ya l g o r i t h mb a s e do nf p g a 4 1 4 1t h ed e s i g no f a n tc o l o n ya l g o r i t h mb a s e do nf p g a 4 1 4 2b u i l d i n go f t h er e l e v a n te l e m e n t 4 3 4 2 1d e f i n e da n di n i t i a l i z ee a c ha r r a y 4 3 4 2 2b u i l d i n gp e r f o r m a n c ei n d e xf u n c t i o n 4 3 4 2 3p h e r o m o n eu p d a t e 4 5 4 2 4p i dp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n 5 0 4 3w a v e f o r ms i m u l a t i o na n dr e s u l t sa n a l y s i s 5 7 5f p g ah a r d w a r ei n t r o d u c e 。5 9 5 1c h i pi n t r o d u c e 5 9 5 2p o w e rs u p p l ym o d u l e 6 0 5 3c l o c km o d u l e 6 0 5 4j t a gi n t e r f a c ea n da si n t e r f a c e 6 1 5 5a da n dd ai n t e r f a c e 6 1 5 6s o p cm o d u l e 6 2 6s u m m a r i z ea n dp r o s p e c t 6 3 6 1t h ea r t i c l es u m m i n gu pt h ew o r k 6 3 6 2w o r ko u t l o o k 6 3 r e f e r e n c e 6 5 c o m p l i m e n t 6 9 r e s u m eo f a u t h o r 7 1 x c o n t e n t s a p p e n d i xs e c t i o np r i n c i p l e 7 3 x i 安徽理上大学硕士学位论文 x i i 1 绪论 1 绪论 1 1 智能p i d 控制器发展概况及参数整定 1 1 1 智能p i d 控制的发展 控制理论的发展史时问悠久，至今己长达1 0 0 多年。控制理论的是一个阶段 一个阶段的成长起来的：“经典控制”、“现代控制”以及日前最受关注的“智能 控制”。作为近年来兴起的智能控制，它是一步步在传统的控制理论基础上发展 而来的，用于解决传统控制理论解决不了的或者是控制效果不好等问题。自上世 纪8 0 年代以来，高速发展的信息技术时代的来临也促进了控制学科的发展，智 能控制系统的发展成为控制系统的未来发展的大趋势。 自1 9 7 1 年傅京孙教授提出“智能控制”概念以来，智能控制1 已经从二元论 ( 人工智能和控制论) 发展到四元论( 人工智能、模糊集理论、运筹学和控制论) ， 在取得丰硕研究和应用成果的同时，智能控制理论也得到不断的发展和完善。智 能控制是多种学科交叉混合的学科，随着人工智能、模糊集理论和生物控制理论 等许多学科的发展，智能控制的研究也取得了很大的成就，这种互助式的发展使 得各类学科也得到了促进。智能控制是一种发展较快的新兴学科，虽然相对于经 典控制理论来说，智能控制仍然是稚嫩的，缺乏了那样成熟和完善，但从智能控 制理论及其应用研究所取得的成效可以看出他的发展前景相当的乐观，具有很大 的发展潜力。随着现今信息科学技术的高速发展，智能控制的应用领域将不断拓 宽，逐步脱离新兴学科所有的稚嫩，而趋于成熟和完善。 传统的p i d 控制系统最难点问题在于如何更好的进行参数整定，在传统的控 制系统冲参数的整定计算结束后，将会在控制过程一1 1 由始至终保持，1 个定值。到 那时在现场实际的系统中，随着系统本身的随机状态以及参数的随机变化带来的 不确定性，系统想要达到最优的控制效果是很困难的。由此可见，现今的系统对 控制器的要求已经不是传统控制器所能提供的了，而结合了智能控铹1 ( i n t e l l i g e n t e o n t r 0 1 ) 矛hp i d 控制器的智能p i d 控制的产生则满足了人们的需求。 智能p i d 控制器【2 j 的设计思想是由一种非线性的控制方式将人工智能导入到 控制器r f l ，控制系统就兼具了人的经验和知识，这样来系统无论在什么状态什 么环境都可以达到人们所需求的控制效果。智能控制在其研究对象的数学模型的 构建上存在着不稳定性：一是模型很难构建或者不能够精准的描述系统；二是所 构建的模型的结构和参数变化的过快或者范围过大。这样的特性就解决了实际问 安徽理上大学硕士学位论文 题中某些控制对象的模型的不精准所带来的影响。另外，大系统控制系统也是近 年来的一大趋势，智能控制可以针对复杂的大系统的控制起到很好的效果。从实 际性来说，智能p i d 控制器降低了设备的投资，更重要的是增加了系统的可靠性。 1 1 2p i d 控制器参数的整定技术 对于一个控制器的控制系统质量，有多方面的因素可以对其产生影响：研究 对象的本身特性、所选择的设计方案、外在和内在的各种干扰因素等。当针对某 一对象设计好方案时，并且在某个环境卜 ，那么上述的几种因素是固定的，这 样看来参数的优化的优劣就是确定控制效果的重点了。最优的参数会使对象在控 制器控制下达到最优状态，反之则效果变差。 在现代的工业生产过程中，p i d 控制器是最为大众多使用的一种控制器。就 p i d 控制器的参数优化来说，本身就是一个很困难的问题：首先由于实际的控制 系统和控制对象的各种各样而导致的各种不定因素，同时又兼有滞后性、非线性 等情况的干扰。 为了使p i d 的参数整定 3 】效果达到最优，人们提出了一个方法：参数的白整 定用p i d 控制器的计算方法来揣述控制对象的动态性能指标。这种方法的好 处在于人们可以根据控制对象的实际情况来决定参数的整定程度。 p i d 参数自整定又包括两个方而：参数自动整定( a u t o t u n i n g ) 和参数在线自 校正( s el ft u n i n go n - ii n e ) 。 参数的自整定是指具有该作用的控制器在参数整定的时候不需要借由外界 干涉，只需要一个启动按键则可以臼动整定。这种整定方式不受系统难易程度的 限制，这种自动的方式比人工操作更为精准和省时，这样的高效高精度的整定法 提高了经济实用性。如今，自动整定技术已被广泛应用于国内外的各种控制产品， 如l e e d s n o r t h r o p 的e l e c t r o m a xv 、s a t t c o n t r o l r 的e c a 4 0 等等，对于这种臼 整定的研究文章更是越来越多。 在线自校正所针对的则是控制器在整定参数时的一个在线实时校正，自校正 的思想是最大程度的在控制系统全部运行期间持有良好的控制性能，使控制器能 在运行环境产生变化的时候，自校正技术可以使控制器的参数及时的做出变化， 来形成一个良好的闭环运行系统，这样就可以提高系统的鲁棒性。 早在上世纪7 0 年代，自校正调节器由a s t r o m 等人率先提出了，这是一种以 周期性的辨识过程模型的参数为依据，以最小方差为性能指标函数的调节器。在 每一个采样周期内，调节器根据被控过程中控制器特性的变化，自动计算出一组 2 1 绪论 新的控制器参数。上世纪8 0 年代，f o x b o r o 公司发表了它的e x a c t 自校正控制器， 这是一个将专家系统技术应用于控制器的产品。这种控制器是基于模式识别，通 过这项技术来了解和分析控制器在控制控场中的特性变化，再借由专家系统来最 终确定参数。 对于p i d 控制器三个参数自整定，涵盖以下三部分：一是过程扰动的产生；二 是扰动响应的评估；三是控制器参数的计算。对于参数整定的方法，通常来讲习惯 性的分为两类：时域和频域。 首先来介绍卜时域整定法 4 i t 9 的几个基本方法：第一个就是大众所熟悉的z _ n 整定法，这个方法是由z i e g l e r 和n i c h o l 提出，一般称之为z _ n 阶跃响应法。在实 际的设计过程中，它作为一种基本方法，衍生了很多改进法一c o h e n c o o n 法( 针 对过程中产生的迟滞问题) 与c h r 法。 在实际的控制过程中，时域的整定法并不是很实用，频域相对来说更为大众所 青睐。因为实际的操作中，被控对象建模后的误差以及规程中的一些干扰条件等都 可以很直接的在频域中得到表达。这并不是一种对参数进行评估的整定法，而是通 过频率点来从控制过程中活的某些信息和特征这种渠道来进行参数整定。下而就来 简单的列举下频域方面的方法： 1 ) z - n ：z - n 频域响应法( z - n 第二方法) 。 2 ) 一些超调规贝u ( s o o r ) ：也是由z - n 法改进得到的，针对设定值的变化响应 所产生的超调量，抑制其增加。 3 ) 无超调规则( n o o v ) ：与( s o o v ) 一样，主要作用在超调量上，但是e l ( s o o v ) 程度更加深，将超调量控制在0 以卜即是指没有超调量的产生。 4 ) m a n t z t a c c o n iz - n o v l t - z n ) ：z - n 改进法，可以得到z - n 调节性能的两自由 度控制器，可用于最小相位系统。 5 ) 改进z i e g l e r - n i c h o l s 法( r z ：该规则在z - n 法中增加了标准化增益k 和标 准化滞后时间t ，又称作k t 法。 6 ) 平方时间加权偏差的积分( i s t e ) ：基于传递函数模型的p i d 控制器优化设计 整定公式，但是这个公式并不适用于两白由度的控制器。 1 2e d a 技术的发展与现状 e d a 技术即电子设计自动化( e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n ) 技术，通过相 关开发软件( 如q u a r t u si i 、m a x l a l u si i ) ，代替人工设计自动完成电子系统设 计的一门技术。 3 安徽理一l 大学硕士学位论文 图1e d a 技术发展史 f i g 1e d at e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t e d a 技术【5 】是以大规模可编程逻辑器件( f p g a 、c p l d 等) 为其进行电子系统 设计的载体，其逻辑描述语言为硬件搞述语言( v h d l 、v e r il o gh d l 等) ，以计算 机、大规模可编程逻辑器件的开发软件为设计工具，实验开发系统则是为其设计 提供下载和硬件验证。e d a 技术融合了多种计算机应用学科计算：数据库、图形 学、拓扑逻辑、优化理论、计算数学以至人工智能学等。 e d a 技术的设计方法： a s i c ： p l d ： 自上而下t o p d o w n 图2e d a 设计方法 f i g 2e d ad e s i g np r o c e d u r e s 下面来看看e d a 设计方法的特点： 4 l 绪论 1 设计电路的合理化 实验人员在使用大规模可编程逻辑器件设计电路的时候，可以更具自己的需 求设计各种各样适合自己电路的专用功能模块，不用收到规格化的元器件的限 制，这种便捷的方式提高了电路设计的合理性，同时也减小了体积与功耗。 2 逐级仿真 在这种自上向下的设计中，对每一级设计都进行仿真。这种逐级仿真法可以 使设计人员可以在设计系统的早期阶段发现问题，并且及早的解决，大大节省了 设计时问，同时也提高了设计的效率。 3 电路设计更为简易 对于硬件电路的设计，一直是很具有难度的。传统的设计方法总是会要求设 计者列出各种取值表格，或者是表达式之类，使得设计工作变得繁琐且容易出错。 而现在的设计方法中设计人员可以选择使用h d l 语言来避免上述的情况，这样就 可以很大程度上减轻工作量，提高效率。 4 电子设计的表达方式为h d l 语言 h d l 语言的捕述方式更加灵活。相对于传统设计中只能以电子原理图来表达， h d l 语言可以编写后单独作为源文件来仿真，也可以将其源程序转化为电子元器 件的原理图来输出。 下而通过一个表格来直观的了解e d a 技术的主要内容： 表le d a 技术的主要内容 t a b l e lt h em a i nc o n t e n to f e d a t e c h n o l o g y 实现载体 大规模可编程逻辑器件( p l d p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) f p g a 、c p l d 描述方式硬件描述语言( d h l h a r dd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) v h d l 、v e r il o g h d l 设计工具集成化开发系统、特定功能的开发软件( q u a r t u si i 、m a x p l u si i 系列) 硬件验证实验开发系统 e d a 技术的问世，在电子系统设计这个领域掀起了一场革新风暴。对于超大规 模的集成电路的设计制造，e d a 技术这一强力支持使得制造的难度大大降低。基 于大规模的集成电路设计的需求，f p g a 得到了迅猛的发展。 为了人们日常生活的便捷，便携式应用产品应运而生，这种产品的需求量使 得人们对f p g a 6 j 的大容量、低压、低耗的要求更加迫切。同时这也要求了f p g a 的系统的高度集成，这就对f p g a 的系统密集度提出了要求。在未来的发展中将 5 安徽理上大