1、草鱼 草鱼 草鱼 数字系统 设计论文 草鱼 （ EDA 技术课程答辩 2013 秋 ） 题 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼目 基于 FPGA 的 直流电机综合测控系统设计 学 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼院 电子信息学院 专 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼业 电子信息工程 班 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼级 12047514 学 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼号 12041419,12041422 学生姓名 林华 ， 鲤鱼马浩杰 指导教师 黄继业 完成日期 2013 年 12 月 一、 草鱼 摘要 草鱼 草鱼 当今 ， 鲤鱼 在各行业中自动化控制系统已经取得了较为广 泛的发展和应用 ， 鲤鱼 而在现在的规模化生产中 ， 鲤鱼 电
2、器传动技术以直流驱动控制技术为主流有着重要作用 。 草鱼 一直以来 ， 鲤鱼 因直流电动机其转速在调节上比较灵活 ， 鲤鱼 调节方法简单 ， 鲤鱼 大范围的平滑调速较容易 ， 鲤鱼 控制方面性能更好等特点 ， 鲤鱼 所以在传动领域中拥有不可动摇的地位 。 草鱼 它在工业机器人 、 pork数控机床 、 pork等工厂设备自动化中得到广泛应用 。 草鱼 在现代化的生产中 ， 鲤鱼 随着规模的不断扩大 ， 鲤鱼 各行各业对直流电机在技术上和数量上的需求也越来越大 ， 鲤鱼 并在性能上要求也更高 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 研究出高可靠性 、 pork高 性能的直流电机控制系统 ， 鲤鱼 并且制造出高
3、水平的系统就有着非常现实和重要的意义 。 草鱼草鱼 关键词 ： porkFPGA； porkVerilog； por kEDA； porkPWM 调速草鱼 摘要 草鱼 一 、 por k 草鱼 引言 草鱼 1. 草鱼 本课题研究背景 草鱼 2. 草鱼 本课题的主要研究内容及意义 草鱼 二 、 por k 草鱼 整体设计 草鱼 1. 草鱼 功能要求 草鱼 2. 草鱼 功能模块设计 草鱼 2.1. 草鱼 PWM 脉宽调制信号发生模块 草鱼 2.2. 草鱼 工作时钟发生器模块 草鱼 2.3. 草鱼 消抖动模块 ERZP 草鱼 2.4. 草鱼 转向控制多路选择器模块 草鱼 草鱼 2.5. 草鱼 8 位
4、寄存器模块 草鱼 2.6. 草鱼 7 段译码模块 草鱼 三 、 por k直流电机驱动控制电路顶层设计 草鱼 四 、 por k总结 草鱼 五 、 por k参考文献 草鱼 1 引言 草鱼 本课题研究背景 草鱼 电机作为机电能的转换装置 ， 鲤鱼 其应用范围己遍及国民经济的各个领域 。 草鱼 近些年来 ， 鲤鱼 随着现代电力电子技术 、 por k控制技术和计算机技术的发展 ， 鲤鱼 电机的控制技术也得到了进一步的发展 ， 鲤鱼电机应用已由过去简单的起停控制 、 pork提供动力为目的应 用 ， 鲤鱼 上升到对其速度 、 pork位置 、 pork转矩等进行精确的控制 ， 鲤鱼 使被驱动的机械
5、运动符合预想的要求 。 草鱼 采用功率器件进行控制 ， 鲤鱼 将预定的控制方案 、 pork规划指令转变成期望的机械运动 ， 鲤鱼 这种新型控制技术己经不是传统的“ 草鱼 草鱼 电机控制” 、 pork“电气传动” 草鱼 草鱼 而是“运动控制” 。 草鱼 运动控制使被控机械运动实现精确的位置控制 、 pork速度控制 、 por k加速度控制 、 pork转矩或力的控制 ， 鲤鱼 以及这些被控机械量的综合控制 。 草鱼草鱼 本课题的主要研究内容及意义 草鱼 本课题是以 FPGA 为控制核 心 ， 鲤鱼 实现对直流电机的转速测量和转速调节 ， 鲤鱼 为进一步研究和优化直流电机控制方法提供基础 。
6、 草鱼草鱼 设计直流电机控制系统能够充分发挥电机的特性 ， 鲤鱼 通过本课题 ， 鲤鱼 一方面训练我们在查阅资料的基础上 ， 鲤鱼 了解 FPGA 控制的一些基本技术 ， 鲤鱼 掌握其控制系统的分析方法与实现 ； pork另一方面通过本次设计 ， 鲤鱼 设计出相应的控制系统 ， 鲤鱼 以实现对直流电机转速的测量和转速的调节 ， 鲤鱼并以此培养自己的自学和动手能力 ， 鲤鱼 从而今后参加工作或进一步深造打下良好的基础 。 草鱼草鱼 整体设计 草鱼 功能要求 草鱼 能利用 FPGA 控制 直流电机 PWM， 鲤鱼 对直流电机进行速度控制 ， 鲤鱼 旋转方向控制 ， 鲤鱼 变速控制 。草鱼草鱼 功能
7、模块设计 草鱼 PWM 脉宽 调制信号发生模块 草鱼 此模块是 FPGA 中的 PWM 脉宽调制信号产生电路 。 草鱼 它的输出接电机转向控制电路模块 ， 鲤鱼此模块输出的两个端口接电机 ， 鲤鱼 通过控制 SL 端（键 K1） ， 鲤鱼 可以改变电机转向 。 草鱼 它的输入端之一来自模块 CNT8B。 草鱼 这是一个 8 位计数器 ， 鲤鱼 输出的数据相当于锯齿波信号 ， 鲤鱼 此信号的频率就是输出 PWM 波的频率 。 草鱼 本模块的另一端来自键控的 8 位数据 ， 鲤鱼 其中低四位设定为 1111，鲤鱼 高 四位由计数器 CNT4B 产生 ， 鲤鱼 计数器的时钟来自键 K8。 草鱼 于是
8、可以通过手动按键控制电机的转速 。 草鱼草鱼 module 草鱼 SQU1(cin,adr,ot);pork草鱼 input 草鱼 7:0 草鱼 cin,adr;pork草鱼 2 output 草鱼 ot;pork草鱼 reg 草鱼 ot;pork草鱼 always 草鱼 草鱼 (cin) 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 begin 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 if(adr 草鱼 cin) 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 ot=1b0;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 else 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼
9、草鱼 ot=1b1;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 end 草鱼 endmodule 草鱼 草鱼 工作时钟发生器模块 草鱼 主要由锁相环 PLL20 担任 。 草鱼 其输入频率是 20MHz； pork输出两个频率 ： porkC0=4096Hz,C1=5MHz.草鱼 草鱼 消抖动模块 ERZP 草鱼 module 草鱼 ERZP(clk,KIN,kout);pork草鱼 input 草鱼 clk,KIN;pork草鱼 output 草鱼 kout;pork草鱼 reg 草鱼 a,b,c;pork草鱼 assign 草鱼 kout=(a|b|c);pork草鱼 always 草鱼 草鱼 (po
10、sedge 草鱼 clk)草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 begin 草鱼 a=KIN;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 b=a;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 c=b;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 end 草鱼 endmodule 草鱼 转向控制多路选择器模块 草鱼 module 草鱼 SLT(SL,M,m0,m1);pork草鱼 input 草鱼 SL,M;pork草鱼 output 草鱼 m0,m1;pork草鱼 3 reg 草鱼 m0,m1;pork草鱼 always 草鱼 草鱼 (SL)草鱼 草鱼 case 草鱼 (SL
11、)草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 1b1:begin 草鱼 m0=M;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 m1=1b0;porkend 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 1b0:begin 草鱼 m0=1b0;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 m1=M;porkend 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 default: 草鱼 begin 草鱼 m0=M;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼
12、草鱼 草鱼 m1=1b0;porkend 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 endcase 草鱼 endmodule 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 8 位寄存器模块 草鱼 module 草鱼 lock 草鱼 (d,clk,rst,Q);pork草鱼 input 草鱼 clk,rst;pork草鱼 input 草鱼 7:0 草鱼 d;pork草鱼 output 草鱼 7:0 草鱼 Q;pork草鱼 reg 草鱼 7:0 草鱼 Q;pork草鱼 always 草鱼 草鱼 (posedge 草鱼 clk)草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 if(rst)草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼
13、 草鱼 草鱼 草鱼 Q=0;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 else 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 begin 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 if(clk) 草鱼 begin 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 Q3:0 草鱼 = 草鱼 d3:0;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 Q7:4 草鱼 = 草鱼 d7:4;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼
14、草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 end 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 end 草鱼 草鱼 endmodule 草鱼 7 段译码模块 草鱼 4 module 草鱼 DECL7S(A,LED7);pork草鱼 input 草鱼 3:0 草鱼 A;pork草鱼 output 草鱼 6:0 草鱼 LED7;pork草鱼 reg 草鱼 6:0 草鱼 LED7;pork草鱼 always 草鱼 草鱼 (A)草鱼 case(A) 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 4b0000:LED7=7b0111111;por k/0
15、 草鱼 4b0001:LED7=7b0000110;por k/1 草鱼 4b0010:LED7=7b1011011;por k/2 草鱼 4b0011:LED7=7b1001111;por k/3 草鱼 4b0100:LED7=7b1100110;por k/4 草鱼 4b0101:LED7=7b1101101;por k/5 草鱼 4b0110:LED7=7b1111101;por k/6 草鱼 4b0111:LED7=7b0000111;por k/7 草鱼 4b1000:LED7=7b1111111;por k/8 草鱼 4b1001:LED7=7b1101111;por k/9 草鱼
16、 default:LED7=7b0000000;por k草鱼 endcase 草鱼 endmodule 草鱼 直流电机驱动控制电路顶层设计 草鱼 草鱼 本文在 Quartus 草鱼 II 软件平台上实现了基于 草鱼 VHDL 草鱼 直流电机速度控制系统的研究设计 。 草鱼 设计5 期间主要完成了以下工作 ： pork 草鱼 1.Quartus 草鱼 II 软件平台的应用 。 草鱼 掌握了基于 VHDL 草鱼 语言设计的基本流程和设计输入 ， 鲤鱼 设计编译 ， 鲤鱼 功能确认 ， 鲤鱼 延时确认 ， 鲤鱼 设计仿真等模块的应用 。 草鱼 通过应用使我对 VHDL 草鱼 语言深入的了解 ， 鲤
17、鱼 可以熟练地使用 Quartus 草鱼 II 平台进行编程和其他应用 。 草鱼 草鱼 2.基于 VHDL 草鱼 的直流电机速度控制系统的理论及其软件仿真 ， 鲤鱼 本直流电机速度控制系统实现了以下功能 ： por k 草鱼草鱼 （ 1）用 户可自行设定电机的目标速度 、 por k速度临界差值 。 草鱼 草鱼草鱼 （ 2）系统通过用户设定可以自动进行调速 ， 鲤鱼 达到用户指定速度要求 。 草鱼草鱼 草鱼 本文提出的基于 VHDL 草鱼 的 PWM 草鱼 实现电路具有结构简单 、 pork容易实现等优点 。 草鱼 但是在此设计研究过程中 ， 鲤鱼 有以下几点不足 ： pork基于 VHDL
18、草鱼 的数字系统设计方法 、 pork增加 PWM 草鱼 的精度 、por k将理论与实际系统结合 。 草鱼草鱼 参考文献 草鱼 Donald 草鱼 Hearn,M. 草鱼 Pauline 草鱼 Baker. 草鱼 计算机图形学 . 草 鱼北京 ： pork电子工业出版社 草鱼 2010.7 草鱼 Dave 草鱼 Shreiner. 草鱼 OpenGL 编程指南 . 草鱼 北京 ： pork机械工业出版社 草鱼 2010.1 草鱼草鱼 潘松 ， 鲤鱼 黄继业 ， 鲤鱼 潘明 .EDA 技术实用教程 ： porkVerilog 草鱼 HDL 版 .北京 ： pork科学出版社 草鱼 2010 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼
