基于PWM技术的直流电机控制.doc

电子电路实验3 综合设计总结报告 题目：基于PWM技术的直流电机控制 班级 学号：2011083202G 姓名：陈永志 成绩： 日期：2014 03 31-04 04 一、摘 要 基于PWM技术的程控直流电机控制系统 ，即将直流脉冲序列（PWM波）加到直流电机两端，通过改变脉冲的占空比而达到改变电机两端电压，从而控制电机转速的方法。本文运用FPGA控制ADC0804对变化的直流电压进行采样，FPGA将采回的样值转换为与直流电压大小相对应的占空比的PWM波输出。输出的PWM波送给LM298驱动芯片，可使PWM波驱动能力增强，进而送给电机，控制电机的转速。三个按键控制从FPGA不同引脚输出PWM波，实现电机转向的改变，同时也可通过按键实现与ADC0804相同的功能——控制电机转速。另外采用数码管显示电机转速及转向。至此实现了通过按键或调压来调节电机转速转向及显示转速转向的控制系统。此系统简易，方便调节，实用性强，对于电机调速精度不太高的场所完全满足实用需求。 关键词：L298；PWM波；电机；ADC0804；FPGA；Quartus II。 二、设计任务 2.1 设计选题 基于PWM技术的程控直流电机控制系统 2.2 设计任务要求 通过调节FPGA外部由电位器组成的分压网络，从而产生不同的电压值，再由A/D电路模块采集、量化编码，将编码结果送入FPGA ，从而控制FPGA生成的PWM脉冲的占空比。也可以通过外部按键控制FPGA输出的PWM脉冲的占空比。产生的PWM脉冲控制直流电机，实现不同速度、不同方向的转动效果。结合FPGA和A/D电路模块共同设计一个基于PWM技术的直流电机控制系统。 利用PWM技术，在不改变PWM矩形波周期的前提下，通过软件的方法来调整PWM波的占空比，从而控制直流电机的转动速度；同时通过改变电机两输入端的电压来控制直流电机的转动方向。可采用外部按键控制或电位器控制两种方式来调节，同时在数码管上显示出来。 具体要求： 1、设计并调试A/D模块、L298N电路模块 2、用电位器或外部独立按键控制PWM脉冲的占空比，从而控制电机的转速，要求实现以下占空比，用示波器观察PWM脉冲波形并记录平均电压值，误差不得大于5%。 93.75%，87.5%，81.25%，75% ，68.75%，62.5%，56.25%，50%，43.75%，37.5%，31.25%，25% ，18.75%，12.5%，6.25%，0% 三、方案设计与论证 设计由FPGA最小系统、A/D电路、按键控制电路、电机驱动电路和数码管显示电路五个部分组成。通过按键A实现电位器控制和按键控制两个控制模式的切换，按键B实现电机转动速度的控制，按键C实现电机转动方向的控制。利用FPGA的数字处理系统将控制源的输入进行编码、选择判断、生产PWM脉冲，控制电机驱动电路以控制电机转速。同时在数码管上显示电机的转速档位、转动方向以及控制模式。 硬件系统设计框图 软件系统设计框图 四、电路单元参数的选定和设计实现 1、分频器模块： 分频器将系统时钟50MHz，降低至5kHz，50Hz。5kHz脉冲用于产生PWM脉冲，数码管动态扫描，发生驱动AD电路的时序。50Hz脉冲用于给按键提供消抖时钟。采用74290计数器进行分频，每片十分频，50MHz进行万分频就是5KHz，进行百万分频就是50Hz。设计图如下。 2、按键模块： 引入50Hz脉冲用以消除按键的机械抖动。使用按键B控制16进制计数器，计数结果备用以控制PWM脉冲。使用按键A控制系统的控制源，按键C控制电机转动正反转。采用74160计数器和D触发器进行设计。设计图如下。 实验仿真波形如下。时钟信号采用50Hz脉冲信号；输入A采用5Hz脉冲信号；输入B采用10HZ脉冲信号；输入C采用2.5Hz脉冲信号进行测试，测试结果如下。测试结果符合预期效果，实验原理正确。 3、AD驱动模块： FPGA产生时序控制AD电路的CS、WR、RD三个端口。FPGA接受AD电路的采样值AD7~AD0，并用高四位AD7~AD4。采用74161,；74151产生AD控制信号CS、WR、RD。设计图如下。 实验仿真波形如下。时钟信号采用5KHz脉冲信号进行测试，测试结果如下。测试结果符合预期效果，实验原理正确。 4、模式选择模块： 接受AD驱动模块送来的高四位采集结果，和计数器B控制的计数器的计数结果。由按键A控制AD、按键B哪个输入源来控制后续模块。使用8位三态门缓冲器74244控制系统的输入源，从而实现模式选择。设计图如下。因为输入管脚太