FPGA直流电机控制系统设计.doc

中文摘要 直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统。本设计介绍了基于FPGA用PWM实现直流电机调整的基本方法，直流电机调速的相关知识，及PWM调整的基本原理和实现方法。重点介绍了基于FPGA用软件产生PWM信号的途径，输出的PWM波形具有频率高、占空比调节步进细的优点。对直流电机调速的实现提供了一种有效的途径。 关键词：直流电机 PWM 频率计 Abstract This paper introduces a kind of method of DC —motor speed modification based on PWM theory bythe FPGA．Showing some relative knowledge upon the DC—motor timing，the basic theory and the way to implement．And it emphasizes on the way for carrying out PWM signals based on FPGA．This PWM signals advatages base it’s high frequency and duty cycle stepping fine adjustment.It offers a sort ofeficient method for the DC motor speed—controlling system． Keyword: DC —motor PWM Cymometer 目 录 引 言 1 第一章：设计方案及系统分析 2 1.1 系统的实现及参数的要求 2 1.2 直流电机调速原理 2 1．3 PWM基本原理设计方案 3 1.3.1 PWM基本原理 3 1.3.2 PWM波形的设计方案 4 1.4 系统的外围硬件及其与FPGA的接口电路 5 1.5 系统的工作流程 6 第二章、硬件设计 8 2.1、电源模块的设计 8 2.2、电机驱动模块 9 2.3、电机转速测量模块 10 2.4、按键输入模块 11 2.5、LED显示模块 12 第三章、系统软件设计及分析 14 3.1、频率计的设计 14 3.2、数据显示的程序设计 16 3.3、PWM波形发生器的程序设计及分析 18 3.4 PID控制模块 19 3.5 键盘输入模块 25 第四章．核心器件及开发环境的介绍 27 4.1 FPGA核心板的介绍 27 4.2四电压比较器LM339简介 28 4.3开发环境 Quartus II 7.0 介绍 30 第五章 系统调试 32 5.1 硬件电路的调试 32 5.1.1 电源电路 32 5.1.2 显示电路的调试 32 5.2 系统软件调试 33 5.2.1消抖电路参数的调整 33 5.2.2 PWM波形参数的设计 33 5.2.3 比较器的设计 34 5.2.3 PID控制器的参数设计 34 5.2.4 系统的最终实现 35 结束语 36 致 谢 37 参考文献 38  引 言 电机是电动机和发电机的统称，是一实现机电能转换的电磁装置。拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为电动机；作为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电机。由于电流有交流、直流之分，所以电机也就分为交流电机和直流电机两大类。在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,直流调速技术已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统，例如电力牵引、轧钢机、起重设备等。小容量的直流电动机在制动控制系统中的应用也很广泛。本设计的课题为基于FPGA的直流电机调速系统。最常用的直流调速技术是脉宽调制(PWM)直流调速技术,它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点。系统采用PWM调节实现对电机的调速，采用红外发射接收对管采集电机转速。FPGA系统内部进程工作在并行的状态下，各子进程相互独立，输出的PWM波形具有频率高，占空比调节步精密的特点。高频率的PWM波形对直流电机工作的稳定起着极其重要的作用，尤其在高负载的调速系统中体现的优越性极其明显，频率越高电机运行越平稳。另外，对PWM 波形输出占空比的调节步进细分的特点大大的扩大了调速系统的调速范围。本设计中主要研究FPGA产生PWM波形的优越性并对其进行验证，并且针对FPGA系统进行等精度频率测量的高精度性进行验证。 第一章：设计方案