基于FPGA的直流電機PWM控制實現(xiàn)

1、 基于FPGA的直流電機PWM控制實現(xiàn)課程設(shè)計總結(jié)報告一、課題名稱基于FPGA的直流電機PWM控制實現(xiàn)二、設(shè)計任務(wù)1.設(shè)計驅(qū)動電路來驅(qū)動直流電機2.顯示調(diào)速等級3.測速電路基于L298N驅(qū)動直流電機設(shè)計三、系統(tǒng)總體設(shè)計方案（畫出系統(tǒng)原理框圖、方案的論證與比較等內(nèi)容）；1. 系統(tǒng)原理框圖PLL20分頻8位計數(shù)PWM脈寬調(diào)制信號發(fā)生輸出PWM波形譯碼4位計數(shù)消抖調(diào)速開關(guān)轉(zhuǎn)速控制輸出輸出轉(zhuǎn)速8位寄存器兩個十位計數(shù)器頻率計控制2. PWM的實現(xiàn)與比較一般的脈寬調(diào)制PWM信號是通過模擬比較器產(chǎn)生的，比較器的一端接給定的參考電壓，另一端周期線性增加的鋸齒波電壓。當鋸齒波電壓小于參考電壓時輸出低電平，當鋸齒

2、波電壓大于參考電壓時輸出高電平。改變參考電壓就可以改變PWM波形中高電平的寬度。若用單片機產(chǎn)生的PWM信號波形，需要通過D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生鋸齒波電壓和設(shè)置參考電壓，通過外接模擬比較器輸出PWM波形，因此外圍電路比較復雜。 FPGA中的數(shù)字PWM控制欲一般的模擬PWM控制不同。用FPGA產(chǎn)生PWM波形，只需FPGA內(nèi)部資源就可以實現(xiàn)。用數(shù)字比較器代替模擬比較器，其一端接設(shè)定值計數(shù)器輸出，另一端接線性遞增計數(shù)器輸出。當線性計數(shù)器的計數(shù)值小于設(shè)定值時輸出低電平，當計數(shù)值大于設(shè)定值時輸出高電平。與模擬控制比較，省去了外接的D/A轉(zhuǎn)換器和模擬比較器，F(xiàn)PGA外部連線很少，電路更加簡單，便于控制。脈寬調(diào)制式

3、細分驅(qū)動電路的關(guān)鍵是脈寬調(diào)制，轉(zhuǎn)速的波動隨著PWM脈寬系法術(shù)的增大而減小。四、具體實現(xiàn)方案（各模塊或單元電路的設(shè)計、工作原理闡述等內(nèi)容）；1. PWM脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊PWM-SQU1此模塊是FPGA中的PWM脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生電路。它的輸出接一電機轉(zhuǎn)向控制電路模塊，此模塊輸出的兩個端口接直流電機。通過控制SL端（鍵1），可以改變電機轉(zhuǎn)向。PWM-SQU1的輸入端之一來自模塊COUNTER8B。這是一個8為計數(shù)器，輸出的數(shù)據(jù)相當于鋸齒波信號，此信號的頻率就是PWM波的頻率，它有來自鎖相環(huán)的C0的頻率決定。PWM-SQU1另一端來自鍵控的8位數(shù)據(jù)，其中低4為CIN3.0設(shè)定為恒定1111，高4位

4、有計數(shù)器CNT4B產(chǎn)生，計數(shù)器的時鐘來自鍵K8.于是可以通過手動按鍵控制電機的轉(zhuǎn)速。 在鍵K8輸入進計數(shù)器前加一個消抖模塊。為了在實驗板上看到鍵K8輸入的控制數(shù)據(jù)，在計數(shù)器前加了7段譯碼模塊DECL7S,其輸出接5E+系統(tǒng)的數(shù)碼管LEDC。PWM-SQU1模塊：內(nèi)部程序：COUNTER8B模塊：內(nèi)部程序：COUNTER4B模塊：內(nèi)部程序：SLT二路選擇器模塊：內(nèi)部程序：消抖模塊：DECL7S:內(nèi)部程序：整體PWM波輸出模塊：2.電機轉(zhuǎn)速措施系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)速的測定很重要，一方面可以直觀了解電機的轉(zhuǎn)動情況，更重要的是，可以據(jù)此構(gòu)成電機的閉環(huán)控制，即可以設(shè)定電機的某一轉(zhuǎn)速后，確保負載變動是人就能保持不變

5、轉(zhuǎn)速和核定輸出功率。本想試驗是通過紅外光電測定轉(zhuǎn)速的。沒轉(zhuǎn)一圈光電管發(fā)出一個負脈沖，有CNIN口進入。由于此方法冊轉(zhuǎn)速，會附帶大量毛刺脈沖，所以在CNIN信號后必須接入消毛刺模塊（即消抖模塊），此模塊輸出信號進入一個2為十進制顯示的頻率計。TF-CTRL模塊是測頻時序控制電路，CNT10D模塊是雙十位計數(shù)器，模塊LOCK8是8位寄存器。兩位十進制顯示在數(shù)碼管LEDA,LEDB. 設(shè)計能輸出8Hz的脈沖采用了兩個8位分頻器CNT和一個6為分頻器CNT6.CNT模塊：內(nèi)部程序：TF-CTRL模塊:內(nèi)部程序：CNT10D模塊：內(nèi)部程序：LOCK8模塊：內(nèi)部程序：3. 工作時鐘發(fā)生器。這主要有鎖相環(huán)P

6、LL20模塊擔任。其輸入頻率是20MHz。PLL20模塊的設(shè)置：整體程序：五、系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析（系統(tǒng)仿真結(jié)果及結(jié)果分析）；1.仿真結(jié)果2.引腳鎖定六、結(jié)果展示（各模塊工作實際照片展示等）；1.PWM波形輸出通過按鍵來改變它的占空比，由LEDC可以觀察到，按鍵由0F這16個檔次，數(shù)值越大，占空比也就越大。2.測速效果 4. 方向改變按鍵改變按鍵1，就可以輸出在M0或是M1上，方向相反 七、心得體會本次EDA課程設(shè)計題目為直流電機調(diào)速器設(shè)計，實現(xiàn)用PWM對于電機的控制。此次課設(shè)需要用硬件描述語言（VHDL）編寫程序，并在Quartus II軟件平臺上進行程序的編譯和仿真，鎖定引腳并下載

7、到可編程邏輯器件（試驗箱）中，進行硬件的測試。 此次EDA課程設(shè)計歷時兩周時間，兩人一組合作進行系統(tǒng)的設(shè)計。程序的編寫我們采用元件例化的形式，經(jīng)過思考和相互間的分析討論，將整個系統(tǒng)劃分3個功能模塊，彼此配合進行3個功能模塊設(shè)計和程序的編寫。其間，我們亦遇到許多問題，諸如整個系統(tǒng)核心模塊計數(shù)過程的實現(xiàn)，時鐘頻率的設(shè)定等等。 經(jīng)歷兩周時間的不懈努力和隊友之間愈加默契的配合，我們終于完成預定的目的。雖然其中遇到很多困難，很多問題，但在我們兩人相互支持和鼓勵想下，都能夠得以順利的找到解決辦法或者改進的方法，并在合作中相互提高，彼此進步，在困難在中體會到合作的樂趣。 EDA技術(shù)對于我們電子信息工程專業(yè)的學生來說是一本很重要的專業(yè)技術(shù)課程，EDA技術(shù)極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強度， 是一門實際應用很廣泛的技術(shù)?，F(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應用。目前EDA技術(shù)