基于FPGA直流电机的PWM控制Word文件下载.docx
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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:
FPGA中PWM脉宽调制信号产生电路。
FPGA中的工作/停止控制和正/反转方向控制电路。
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:
直流电机脉宽调制FPGA数字比较器
FPGA-basedDCmotorcontrolPWM
Abstract
IftheCPUcontrolofaPWMsignal,thegeneralPWMsignalthroughtheanalogcomparator,comparedwiththeendofagivenbythereferencevoltage,andtheotherterminationcyclicallinearincreaseinthesawtoothvoltage.Whenthesawtoothvoltagereferencevoltageoutputislessthanlow,whenthesawtoothreferencevoltagegreaterthanhigh-voltageoutput.ChangethereferencevoltagecanchangethePWMwaveforminthehigh-width.IftheMCUhavePWMsignalwaveform,throughD/AconvertershaveasawtoothvoltageandsetreferencevoltagethroughanexternalanalogcomparatoroutputPWMwaveform,theexternalcircuitisrathercomplicated.
ThefiguresintheFPGAPWMcontrolandthesimulationofthegeneralPWMcontroldifferent,withaFPGAPWMwaveform,justFPGAinternalresourcescanbeachieved.Comparedwithfiguresforcomparisoninsteadofanalog,digitalcomparisonwiththeterminationofasetofcounteroutput,andtheothercounterterminationlinearincrementaloutput.Whenthelinearcounterlessthanthevalueofexportsoflowvalueset,whenthesetofvaluesthanhigh-valueoutput.Comparedwithanalogcontrol,eliminatingtheexternalD/Aconverterandanalogcomparator,FPGAfewexternalconnections,circuitmoresimple,easycontrol.PWMpowderdrivecircuit,thekeyisPWM,withfluctuationsinspeedPWMpulsebreakdownincreasedthenumberofdecreases..
DCmotorcontrolcircuitsmainlyconsistsofthreeparts:
(1)FPGAinthePWMPWMsignalcircuits.
(2)FPGAinthework/controlandstop/reversedirectioncontrolcircuit.
(3)thepoweramplifierandH-bridgecomposedofpositiveandpower-drivencircuit
Keyword:
DCmotor,pulsewidthmodulation,FPGA,comparisonwit
前言
在数字电子系统领域,存在三种基本的器件类型:
存储器、微处理器和逻辑器件。
存储器用来存储随机信息,如数据表或数据库的内容。
微处理器执行软件指令来完成范围广泛的任务,如运行字处理程序或视频游戏。
逻辑器件提供特定的功能,包括器件与器件间的接口、数据通信、信号处理、数据显示、定时和控制操作、以及系统运行所需要的所有其它功能。
对于可编程逻辑器件,设计人员可利用价格低廉的软件工具快速开发、仿真和测试其设计。
然后,可快速将设计编程到器件中,并立即在实际运行的电路中对设计进行测试。
可编程逻辑器件的两种类型是现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
在这两类可编程逻辑器件中,FPGA提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和最高的性能。
FPGA被应用于范围广泛的应用中,从数据处理和存储直到仪器仪表、电信和数字信号处理。
FPGA是英文Field-ProgrammableGateArray的缩写,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
1FPGA芯片简介与使用
1.1FPGA部分介绍
FPGA介绍与基本特点
FPGA是英文Field-ProgrammableGateArray的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
FPGA工作原理
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这样一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输出输入模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。
用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。
加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。
掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。
FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。
当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。
FPGA配置模式
FPGA有多种配置模式:
并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式;
主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA;
串行模式可以采用串行PROM编程FPGA;
外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。
FPGA及其辅助模块
FPGA及其辅助模块主要是FPGA最小系统,包括FPGA器件EP1C6Q240C8器件,5V开关稳压芯片LM2596-5,为FPGA内核供电的LDO(低压差线性稳压器)芯片LMS1585-1.5,
FPGA的I/O(输入/输出)端口供电芯片LM2596-3.3,50MHZ外部有源晶振,JTAG下载接口等。
图1.1FPGA电源模块
FPGA运行,需要加上50MHZ的外部有源晶振,用来作为全局时钟。
在电子学上,通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”(如有源音箱、有源滤波器等),而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。
电脑中的晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。
无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。
无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;
有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。
它的内部电路图如图1.2所示:
图1.2有源晶振的内部电路图
石英晶片之所以能当振荡器使用,是基于它的压电效应:
在晶片的两个极上加一电场,会使晶体产生机械变形;
在石英晶片上加上交变电压,晶体就会产生机械振动,同时机械变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压极其微弱,但其振动频率是十分稳定的。
当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为“压电谐振”。
压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。
上图是一个串联型振荡器,晶体管T1和T2构成的两级放大器,石英晶体XT与电容C2构成LC电路。
在这个电路中,石英晶体相当于一个电感,C2为可变电容器,调节其容量即可使电路进入谐振状态。
该振荡器供电电压为5V,输出波形为方波。
在这次设计中,外部晶振采用的是封装为DIP-14,型号为50MHZ的OSC有源晶振。
它的外部需要使用3.3V的电压,与FPGA的连接如图1.3所示:
图1.3外部晶振模块
VHDL编程
文本编辑:
用任何文本编辑器都可以进行,也可以用专用的HDL编辑环境。
通常VHDL文件保存为.vhd文件,Verilog文件保存为.v文件
功能仿真:
将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真,检查逻辑功能是否正确(也叫前仿真,对简单的设计可以跳过这一步,只在布线完成以后,进行时序仿真)
逻辑综合:
将源文件调入逻辑综合软件进行综合,即把语言综合成最简的布尔表达式。
逻辑综合软件会生成.edf或.edif的EDA工业标准文件。
布局布线:
将.edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线,即把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内。
时序仿真:
需要利用在布局布线中获得的精确参数,用仿真软件验证电路的时序。
(也叫后仿真)通常以上过程可以都在PLD/FPGA厂家提供的开发工具(如MAXPLUSII,Foundation)中完成,但如果采用专用HDL工具分开执行,效果会好得多,
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- 基于 FPGA 直流电机 PWM 控制