基于FPGA的直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)

-.z"基于FPGA的直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)"課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告一、課題名稱"基于FPGA的直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)"二、設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)2.顯示調(diào)速等級(jí)3.測(cè)速電路基于L298N驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案〔畫(huà)出系統(tǒng)原理框圖、方案的論證與比擬等容〕；系統(tǒng)原理框圖PLL20PLL20分頻8位計(jì)數(shù)PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生輸出PWM 波形譯碼4位計(jì)數(shù)消抖調(diào)速開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)速控制輸出輸出轉(zhuǎn)速8位存放器兩個(gè)十位計(jì)數(shù)器頻率計(jì)控制PWM的實(shí)現(xiàn)與比擬一般的脈寬調(diào)制PWM信號(hào)是通過(guò)模擬比擬器產(chǎn)生的，比擬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(dāng)鋸齒波電壓小于參考電壓時(shí)輸出低電平，當(dāng)鋸齒波電壓大于參考電壓時(shí)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。假設(shè)用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)波形，需要通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生鋸齒波電壓和設(shè)置參考電壓，通過(guò)外接模擬比擬器輸出PWM波形，因此外圍電路比擬復(fù)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部資源就可以實(shí)現(xiàn)。用數(shù)字比擬器代替模擬比擬器，其一端接設(shè)定值計(jì)數(shù)器輸出，另一端接線性遞增計(jì)數(shù)器輸出。當(dāng)線性計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于設(shè)定值時(shí)輸出低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)值大于設(shè)定值時(shí)輸出高電平。與模擬控制比擬，省去了外接的D/A轉(zhuǎn)換器和模擬比擬器，F(xiàn)PGA外部連線很少，電路更加簡(jiǎn)單，便于控制。脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵是脈寬調(diào)制，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)隨著PWM脈寬系法術(shù)的增大而減小。四、具體實(shí)現(xiàn)方案〔各模塊或單元電路的設(shè)計(jì)、工作原理闡述等容〕；1.PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊PWM-SQU1此模塊是FPGA中的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路。它的輸出接一電機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路模塊，此模塊輸出的兩個(gè)端口接直流電機(jī)。通過(guò)控制SL端〔鍵1〕，可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。PWM-SQU1的輸入端之一來(lái)自模塊COUNTER8B。這是一個(gè)8為計(jì)數(shù)器，輸出的數(shù)據(jù)相當(dāng)于鋸齒波信號(hào)，此信號(hào)的頻率就是PWM波的頻率，它有來(lái)自鎖相環(huán)的C0的頻率決定。PWM-SQU1另一端來(lái)自鍵控的8位數(shù)據(jù)，其中低4為CIN[3..0]設(shè)定為恒定1111，高4位有計(jì)數(shù)器T4B產(chǎn)生，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘來(lái)自鍵K8.于是可以通過(guò)手動(dòng)按鍵控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在鍵K8輸入進(jìn)計(jì)數(shù)器前加一個(gè)消抖模塊。為了在實(shí)驗(yàn)板上看到鍵K8輸入的控制數(shù)據(jù)，在計(jì)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：部程序：COUNTER8B模塊：部程序：COUNTER4B模塊：部程序：SLT二路選擇器模塊：部程序：消抖模塊：DECL7S:部程序：整體PWM波輸出模塊：2.電機(jī)轉(zhuǎn)速措施系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)定很重要，一方面可以直觀了解電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，更重要的是，可以據(jù)此構(gòu)成電機(jī)的閉環(huán)控制，即可以設(shè)定電機(jī)的*一轉(zhuǎn)速后，確保負(fù)載變動(dòng)是人就能保持不變轉(zhuǎn)速和核定輸出功率。本想試驗(yàn)是通過(guò)紅外光電測(cè)定轉(zhuǎn)速的。沒(méi)轉(zhuǎn)一圈光電管發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖，有IN口進(jìn)入。由于此方法冊(cè)轉(zhuǎn)速，會(huì)附帶大量毛刺脈沖，所以在IN信號(hào)后必須接入消毛刺模塊〔即消抖模塊〕，此模塊輸出信號(hào)進(jìn)入一個(gè)2為十進(jìn)制顯示的頻率計(jì)。TF-CTRL模塊是測(cè)頻時(shí)序控制電路，T10D模塊是雙十位計(jì)數(shù)器，模塊LOCK8是8位存放器。兩位十進(jìn)制顯示在數(shù)碼管LEDA,LEDB.設(shè)計(jì)能輸出8Hz的脈沖采用了兩個(gè)8位分頻器T和一個(gè)6為分頻器T6.T模塊：部程序：TF-CTRL模塊:部程序：T10D模塊：部程序：LOCK8模塊：部程序：工作時(shí)鐘發(fā)生器。這主要有鎖相環(huán)PLL20模塊擔(dān)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(shí)際照片展示等〕；1.PWM波形輸出通過(guò)按鍵來(lái)改變它的占空比，由LEDC可以觀察到，按鍵由0—F這16個(gè)檔次，數(shù)值越大，占空比也就越大。2.測(cè)速效果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(huì)本次EDA課程設(shè)計(jì)題目為直流電機(jī)調(diào)速器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用PWM對(duì)于電機(jī)的控制。此次課設(shè)需要用硬件描述語(yǔ)言〔VHDL〕編寫(xiě)程序，并在QuartusII軟件平臺(tái)上進(jìn)展程序的編譯和仿真，鎖定引腳并下載到可編程邏輯器件〔試驗(yàn)箱〕中，進(jìn)展硬件的測(cè)試。此次EDA課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周時(shí)間，兩人一組合作進(jìn)展系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。程序的編寫(xiě)我們采用元件例化的形式，經(jīng)過(guò)思考和相互間的分析討論，將整個(gè)系統(tǒng)劃分3個(gè)功能模塊，彼此配合進(jìn)展3個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)和程序的編寫(xiě)。其間，我們亦遇到許多問(wèn)題，諸如整個(gè)系統(tǒng)核心模塊計(jì)數(shù)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，時(shí)鐘頻率的設(shè)定等等。經(jīng)歷兩周時(shí)間的不懈努力和隊(duì)友之間愈加默契的配合，我們終于完成預(yù)定的目的。雖然其中遇到很多困難，很多問(wèn)題，但在我們兩人相互支持和鼓勵(lì)想下，都能夠得以順利的找到解決方法或者改良的方法，并在合作中相互提高，彼此進(jìn)步，在困難在中體會(huì)到合作的樂(lè)趣。EDA技術(shù)對(duì)于我們電子信息工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一本很重要的專業(yè)技術(shù)課程，EDA技術(shù)極提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，是一門(mén)實(shí)際應(yīng)用很廣泛的技術(shù)?，F(xiàn)在對(duì)EDA的概念或疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。