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基于FPGA的电机转速测速系统设计

摘  要
　　　在现代工农业生产和日常工作生活中对机器设备的各方面要求越来越高，温度控制，电机测速等都是工农业生产中经常遇到的问题。我们之所以研究基于FPGA的电机转速测速系统，那是迫于时代发展的需要。随着科技的发展，我们发现当我们在对运动物体的速度量进行测量时由于器件选择不当产生了误差,从而直接或间接地影响了测量结果的精度，这就满足不了生产和生活的需要。于是我们提出一种使用增量式光电编码器对运动物体速度进行测量的方法,避免了上述误差的产生,节约了成本而且实现简单,理论上可以达到更高的精度。
　　　基于FPGA的速度测量系统设计,以QuartusⅡ为软件平台,采用模块化设计并通过数码管驱动电路静态显示最终结果。具有外围电路少,集成度高,可靠性强等特点。
　　　接下来本文详细的研究了对增量式光电编码器脉冲信号进行倍频、鉴向、计数器分频、锁存、运算、数据位选择和显示。首先，介绍了FPGA的国内外研究现状，光电编码器的原理、FPGA的发展史、它的设计方法，它的原理与特点，可编程逻辑器件的基本设计思想，一般性可编程逻辑设计的理论，光电耦合器以及数码管显示；其次，针对以往设计的不足，采用了以高度集成的FPGA芯片为核心的设计方式，来实现增量式光电编码器输出信号的处理。编码器输出的数据在FPGA芯片中进行倍频、鉴相、计数、锁存、运算、数据位选择等传输处理；最后，所得的数据经数码管显示。

目    录
1 引言 1
1.1 目的及意义 1
1.2 研究现状及前景 1
2 FPGA和器件介绍 2
2.1 FPGA概述 2
2.1.1 FPGA设计方法 2
2.1.2 FPGA原理及特点 3
2.1.3 FPGA的设计流程 3
2.1.4 VHDL程序基本结构 4
2.2 光电编码器简介 6
2.2.1光电编码器的工作模型 6
2.2.2 光电编码器的分类 7
2.2.3 光电编码器的工作原理 7
2.3 光电耦合器简介 9
2.4七段数码管简介 10
3 系统开发工具 12
3.1 QuartusⅡ7.2简介 12
3.2 软件的运行环境 12
4电机转速测量原理 13
4.1 数字测量方法 13
4.1.1 M法测速 13
4.1.2 T法测速 13
4.1.3 M/T法测速 14
4.2三种测速方法的精度指标 15
4.2.1 分辨率 15
4.2.2 测速误差率 16
4.3测速方法的比较和选择 17
5 系统总体设计 18
5.1 系统总体结构图 18
5.2 总体设计 18
5.2.1 系统主要模块的划分 18
5.2.2 各个模块的功能 18
6 系统详细设计 19
6.1 详细功能设计 19
6.1.1系统详细结构设计 19
6.2 系统层次结构设计 19
6.2.1 倍频、鉴向模块 20
6.2.2 计数模块 21
6.2.3 时钟模块 22
6.2.4 锁存模块 24
6.2.5 运算模块 25
6.2.6 译码模块 27
6.3 整体模块设计 27
6.4 本章小节 28
7 系统调试与运行 29
7.1 系统测试 29
7.2 结果分析 30
8 总结与展望 32
8.1 总结与展望 32
致谢 33
参考文献 34
附录 35
外文资料 42