直流电机控制设计..doc
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河南科技大学
课 程 设 计 说 明 书
课程名称 现代电子系统课程设计
题 目 _直流电机控制设计
学 院 __电子信息工程学院____
班 级 _________
学生姓名 __________
指导教师 __________
日 期 _______
课程设计任务书
(指导教师填写)
课程设计名称 现代电子系统课程设计 学生姓名 专业班级
设计题目 直流电机控制设计
课程设计目的
学习直流电机PWM的FPGA控制;
掌握PWM控制的工作原理;
掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法;
了解基于FPGA的电子系统的设计方法。
设计内容、技术条件和要求
利用PWM控制技术实现直流电机的速度控制。
(1)基本要求:
a.速度调节:4档,数字显示其档位。
b.能控制电机的旋转方向。
c.通过红外光电电路测得电机的转速,设计频率计用4位10进制显示电机的转速。
(2)发挥部分
a.设计“去抖动”电路,实现直流电机转速的精确测量。
b.修改设计,实现直流电机的闭环控制,旋转速度可设置。
c.其它。
时间进度安排
布置课题和讲解:1天
查阅资料、设计:4天
实验:3天
撰写报告:2天
主要参考文献
何小艇 《电子系统设计》 浙江大学出版社 2008.1
潘松 黄继业 《EDA技术实用教程》 科学出版社 2006.10
齐晶晶 《现代电子系统设计》实验指导书 电工电子实验教学中心 2009.8
指导教师签字: 2010年 12月30日
摘要
利用FPGA可编程芯片及VHDL语言实现了对直编程实现流电机PWM控制器的设计,对直流电机速度进行控制。介绍了用VHDL语言编程实现直流电机PWM控制器的PWM的产生模块、转向调节模块、转速控制模块、去抖动电路模块、电机转速显示等模块功能。
采用CPU控制产生PWM信号,一般的PWM信号是通过模拟比较器产生的,比较器的一端按给定的参考电压,另一端接周期性线性增加的锯齿波电压。当锯齿波电压小于参考电压时输出低电平,当锯齿波电压大于参考电压时输出高电平。改变参考电压就可以改变PWM波形中高电平的宽度。若用单片机产生PWM信号波形,需要通过D/A转换器产生锯齿波电压和设置参考电压,通过外接模拟比较器输出PWM波形,因此外围电路比较复杂。
FPGA中的数字PWM控制与一般的模拟PWM控制不同,用FPGA产生PWM波形,只需FPGA内部资源就可以实现。用数字比较器代替模拟比较器,数字比较器的一端接设定值计数器输出,另一端接线性递增计数器输出。当线性计数器的计数值小于设定值时输出低电平,当计数值大于设定值时输出高电平。与模拟控制相比,省去了外接的D/A转换器和模拟比较器,FPGA外部连线很少,电路更加简单,便于控制。脉宽调制式细粉驱动电路的关键是脉宽调制,转速的波动随着PWM脉宽细分数的增大而减小。
直流电机控制电路主要由三部分组成:
(1) FPGA中PWM脉宽调制信号产生电路。
(2) FPGA中的工作/停止控制和正/反转方向控制电路。
(3) 由功率放大电路和H桥组成的正反转功率驱动电路
关键词
直流电机、PWM、控制、速度、FPGA
目 录
一. 任务解析…………………………………………………………….5
二. 系统方案论证………………………………………………………..6
2.1 总体系统方案论证……………………………………………. ……6
2.2 系统原理与结构…………….……………………………………….6
2.2.1主要硬件芯片选择…………….……………………………………6
2.2.2系统结构…………………………………………………………….6
三、直流电机控制模块设计……………………..………………………..7
3.1速度控制模块设计……………………………………………………7
3.2 正反转、工作/停止控制计…………………………………………..8
3.3 闭环控制设计………………………………………………………...9
四. 仿真调试,硬件功能验证………………………………....................9
4.1模块仿真…………………………………………..................................10
4.1.1 PWM控制模块仿真……………………………………….................10
4.1.2 旋转方向控制模块仿真……………
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