基于现场可编程门阵列（fpga）的直流电机速度控制系统.doc
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基于现场可编程门阵列（fpga）的直流电机速度控制系统,25037字，46页摘要目前，电机在控制系统中的应用越来越广泛，由此凸现了电机控制的重要性。论文设计了一个基于现场可编程门阵列（fpga）的直流电机速度控制系统。文章从定子部分、转子部分介绍了直流电机的基本结构；分析了直流电动机和直流发电机各自的工作原理及其工作特点，总结了直流电机的一般工作原理；从直流电机的起动、转向...
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25037字，46页
摘要
目前，电机在控制系统中的应用越来越广泛，由此凸现了电机控制的重要性。论文设计了一个基于现场可编程门阵列（FPGA）的直流电机速度控制系统。文章从定子部分、转子部分介绍了直流电机的基本结构；分析了直流电动机和直流发电机各自的工作原理及其工作特点，总结了直流电机的一般工作原理；从直流电机的起动、转向、转速描述了电机的调速控制原理。系统设计以FPGA最小系统作主控制部分，通过控制调节脉冲占空比的大小改变输出电压的大小，从而达到控制直流电机的转速的目的；其受控部分包括按键输入电路、LED数码管显示电路、PWM驱动电路、速度检测电路，并分析了的各组成单元电路的作用及特点，通过Quartus II软件进行系统的功能仿真。
关键词：FPGA；直流电机；电机控制；PWM
ABSTRACT
At present ,the application in the control system of electrical machinery is more and more extensively , and has protrudingly appeared the importance of electrical machinery control from this . This design designed one baseds on the DC-motor speed control system of field programmable gate array ( FPGA ) . This text reaches other parts and has introduced the basic structure of current-motor from stator part and rotor part .Has analysed direct current motive and direct current electric generator respectively work principle and his work characteristic , and has summed up the general work principle , use and his the most excellent shortcoming of current-motor Starting and turns to and has rotated speed from the current-motor has been described the accent of electrical machinery and has fastly controlled the principle . The system design is decided and is controlled the part with FPGA's minimal system , By way of control adjusts the pulse occupies to empty than the dimension of big or small change output voltage , thus achieves the purpose of the rotational speed of control current-motor current-motor. His is received the accuse part to include key input circuit,LED's nixie light display circuit,PWM drive circuit and the speed checkout module .The various effect and the characteristic to form the cell circuit of part of analytic system of system design , and the merit ability that this design was realized has been narrated by way of Quartus II's program simulation .
Keyword : FPGA ；DC-motor ；motor-control ；PWM
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
第2章 系统总体设计 3
2.1 直流电机的基本结构和工作原理 3
2.2 直流电机的控制 6
2.3 系统功能要求 7
2.4 方案论证与比较 8
第3章 系统硬件电路设计 12
3.1 按键输入电路设计 12
3.2 FPGA主控制电路 12
3.3 LED显示控制电路设计 12
3.4 PWM驱动电路设计 14
3.5 速度检测电路 16
3.6 总电路原理图 17
第4章 系统软件的设计 19
4.1 开发软件及编程语言简介 19
4.2 主控部分功能要求 19
4.3 主控部分程序设计 19
4.4 程序设计及其仿真图 21
第5章 总结 32
参考文献 33
致 谢 34
附录1（程序清单） 35
附录2（总硬件电路图） 46
参考文献
[1] 林明权.VHDL数字控制系统设计范例[M].北京:电子工业出版社，2002.166-183
[2] 潘松，黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社，2006.64-305
[3] 金西.VHDL与复杂数字系统设计[M]. 北京:电子工业出版社，2002.150-261
[4] 姜立东.VHDL语言程序设计及应用[M]. 北京:清华大学出版社，2000.140-220
[5] 侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].
西安科技大学出版社.2001.150-200
[6] 徐志军，徐光辉，章小丽.CPLD系统设计技术入门与应用[M].
北京:电子工业出版.2002.20-30
[7] 刘明业.集成电路/计算机硬件描述语言VHDL高等教程[M].
北京:清华大学出版社.2003年3月.200-260
[8] 王小军.VHDL简明教程[M].北京:清华大学出版社，1997.80-120
[9] 曾繁泰,陈美金.VHDL程序设计[M].北京:清华大学出版社，2000.210-230
[10] 赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津:天津大学出版社，1999.250-300
[11] 孟宪元.可编程ASIC集成数字系统[M].北京:电子工业出版社，1998.5-30
[12] 潘松，王国栋.VHDL实用教程[M].成都:电子科技大学出版社.2000.260-310
[13] 甘历.VHDL应用与开发实践[M].北京:科学出版社.2003.200-230
[14] Stefan Sjoholm, Lennart Lindh著，边计年，薛宏熙等译.VHDL设计电子线路[M].北京: 清华大学出版社.2000.100-123
[15] 高书莉,罗朝霞.可编程逻辑技术及应用[M].北京:人民邮电出版社.2001.60-80
[16] 卢毅,赖杰.VHDL与数字电路设计[M].北京:科学出版社,2001.180-260
[17] 黄智伟，王彦.FPGA系统设计与实践[M]. 北京:电子工业出版社，2004.251-270
[18] 李发海，朱东起.电机学[M]. 北京:科学出版社,2001.83-148
[19] 张晓青. 直流电动机数字PWM调速系统设计[N].北京机械工业学报,2000.1-3
[20] 林敏.工业设备中LED显示和键盘扫描设计[N].今日电子.2003.4-6
摘要
目前，电机在控制系统中的应用越来越广泛，由此凸现了电机控制的重要性。论文设计了一个基于现场可编程门阵列（FPGA）的直流电机速度控制系统。文章从定子部分、转子部分介绍了直流电机的基本结构；分析了直流电动机和直流发电机各自的工作原理及其工作特点，总结了直流电机的一般工作原理；从直流电机的起动、转向、转速描述了电机的调速控制原理。系统设计以FPGA最小系统作主控制部分，通过控制调节脉冲占空比的大小改变输出电压的大小，从而达到控制直流电机的转速的目的；其受控部分包括按键输入电路、LED数码管显示电路、PWM驱动电路、速度检测电路，并分析了的各组成单元电路的作用及特点，通过Quartus II软件进行系统的功能仿真。
关键词：FPGA；直流电机；电机控制；PWM
ABSTRACT
At present ,the application in the control system of electrical machinery is more and more extensively , and has protrudingly appeared the importance of electrical machinery control from this . This design designed one baseds on the DC-motor speed control system of field programmable gate array ( FPGA ) . This text reaches other parts and has introduced the basic structure of current-motor from stator part and rotor part .Has analysed direct current motive and direct current electric generator respectively work principle and his work characteristic , and has summed up the general work principle , use and his the most excellent shortcoming of current-motor Starting and turns to and has rotated speed from the current-motor has been described the accent of electrical machinery and has fastly controlled the principle . The system design is decided and is controlled the part with FPGA's minimal system , By way of control adjusts the pulse occupies to empty than the dimension of big or small change output voltage , thus achieves the purpose of the rotational speed of control current-motor current-motor. His is received the accuse part to include key input circuit,LED's nixie light display circuit,PWM drive circuit and the speed checkout module .The various effect and the characteristic to form the cell circuit of part of analytic system of system design , and the merit ability that this design was realized has been narrated by way of Quartus II's program simulation .
Keyword : FPGA ；DC-motor ；motor-control ；PWM
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
第2章 系统总体设计 3
2.1 直流电机的基本结构和工作原理 3
2.2 直流电机的控制 6
2.3 系统功能要求 7
2.4 方案论证与比较 8
第3章 系统硬件电路设计 12
3.1 按键输入电路设计 12
3.2 FPGA主控制电路 12
3.3 LED显示控制电路设计 12
3.4 PWM驱动电路设计 14
3.5 速度检测电路 16
3.6 总电路原理图 17
第4章 系统软件的设计 19
4.1 开发软件及编程语言简介 19
4.2 主控部分功能要求 19
4.3 主控部分程序设计 19
4.4 程序设计及其仿真图 21
第5章 总结 32
参考文献 33
致 谢 34
附录1（程序清单） 35
附录2（总硬件电路图） 46
参考文献
[1] 林明权.VHDL数字控制系统设计范例[M].北京:电子工业出版社，2002.166-183
[2] 潘松，黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社，2006.64-305
[3] 金西.VHDL与复杂数字系统设计[M]. 北京:电子工业出版社，2002.150-261
[4] 姜立东.VHDL语言程序设计及应用[M]. 北京:清华大学出版社，2000.140-220
[5] 侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].
西安科技大学出版社.2001.150-200
[6] 徐志军，徐光辉，章小丽.CPLD系统设计技术入门与应用[M].
北京:电子工业出版.2002.20-30
[7] 刘明业.集成电路/计算机硬件描述语言VHDL高等教程[M].
北京:清华大学出版社.2003年3月.200-260
[8] 王小军.VHDL简明教程[M].北京:清华大学出版社，1997.80-120
[9] 曾繁泰,陈美金.VHDL程序设计[M].北京:清华大学出版社，2000.210-230
[10] 赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津:天津大学出版社，1999.250-300
[11] 孟宪元.可编程ASIC集成数字系统[M].北京:电子工业出版社，1998.5-30
[12] 潘松，王国栋.VHDL实用教程[M].成都:电子科技大学出版社.2000.260-310
[13] 甘历.VHDL应用与开发实践[M].北京:科学出版社.2003.200-230
[14] Stefan Sjoholm, Lennart Lindh著，边计年，薛宏熙等译.VHDL设计电子线路[M].北京: 清华大学出版社.2000.100-123
[15] 高书莉,罗朝霞.可编程逻辑技术及应用[M].北京:人民邮电出版社.2001.60-80
[16] 卢毅,赖杰.VHDL与数字电路设计[M].北京:科学出版社,2001.180-260
[17] 黄智伟，王彦.FPGA系统设计与实践[M]. 北京:电子工业出版社，2004.251-270
[18] 李发海，朱东起.电机学[M]. 北京:科学出版社,2001.83-148
[19] 张晓青. 直流电动机数字PWM调速系统设计[N].北京机械工业学报,2000.1-3
[20] 林敏.工业设备中LED显示和键盘扫描设计[N].今日电子.2003.4-6
