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 ＿＿＿＿＿＿＿＿ 班 级 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 学生姓名 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师 ＿＿ ＿＿＿ 日 期 ＿＿ ＿＿＿＿＿＿
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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 一、 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。 二、 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：不少于4档，可实现加减档控制。 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。 三、 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 四、 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： 2013年 11月21日
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现代电子系统设计课程设计说明书
摘 要
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便、调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这时通过PWM（脉冲宽度调制技术）方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
在本文中，我们设计了一个直流电机控制的电路。本设计以Quartus2软件为工具，利用FPGA可编程芯片及VHDL语言编程实现直流电机PWM控制的设计。该设计可以实现直流电机的加速、减速以及电机的正传和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的自动控制。
总体方案：锯齿波发生器和设定值计数器经过数字比较器产生PWM波形；设定计数器设置PWM信号的占空比控制电机转速；设计2选1多路选择器控制电机的旋转方向。
直流电机PWM的PFGA控制的主要组成部分：
1、 预置转速模块：通过一个ROM控制存储器和D触发器组成的微程序程制器设置
直流电机的四个档位。
2、 PWM信号产生电路：产生PWM波，并且控制直流电机转速。
3、正反向控制模块：用2选1数据选择器控制直流电机PWM信号的输入，以控制电机的旋转方向。
4、消抖电路：通过两个维持阻塞D触发器实现消抖，以便观察。
5、显示模块：通过LED灯和数码管显示直流电机的档位、预置速度和实际速度
关键词：FPGA，PWM，VHDL，直流电机，控制
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现代电子系统设计课程设计说明书
目录
一．任务解析 ........................................................................................................................... - 3 -
1、任务与要求 ................................................................................................................. - 3 - 2、系统原理框图 ............................................................................................................. - 3 - 二．系统方案论证 ................................................................................................................... - 4 -
2.1 总体方案与比较论证 ................................................................................................ - 4 - 2.2系统原理与结构 ......................................................................................................... - 4 -
2.2.1主要芯片选型 .................................................................................................. - 4 - 2.2.2系统结构 .......................................................................................................... - 5 - 2.2.3 FPGA直流电机驱动控制 ............................................................................ - 5 -
三. 预置转速模块设计 ............................................................................................................ - 6 -
3.1方案论证 .................................................................................................................... - 6 - 四.PWM模块设计 ...................................................................................................................... - 7 -
4.1设计方案论证 ............................................................................................................ - 7 - 4.3 仿真波形 ................................................................................................................... - 8 - 五.正反转模块设计 ................................................................................................................. - 8 -
5.1 该模块通过两个2选1多路选择器组成。 ............................................................ - 8 - 5.3 仿真波形图 ............................................................................................................... - 9 - 六．消抖模块设计 ................................................................................................................... - 9 -
6.1方案论证 .................................................................................................................... - 9 - 6.3 仿真波形图 ............................................................................................................. - 10 - 七. 显示模块设计 ................................................................................................................. - 10 -
7.1方案论证 .................................................................................................................. - 10 - 7.2方案实施 .................................................................................................................. - 11 - 7.3 仿真波形图 ............................................................................................................. - 11 - 八.总结 ................................................................................................................................... - 11 -
8.1测试性能概览 .......................................................................................................... - 11 - 8.2误差分析 .................................................................................................................. - 12 - 8.3心得体会 .................................................................................................................. - 12 - 九． 参考文献 ....................................................................................................................... - 13 - 附录1 ROM内容及参考程序： ..................................................................................... - 14 - 附录2 系统整体原理图： .............................................................................................. - 18 -
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现代电子系统设计课程设计说明书
一．任务解析
1、任务与要求
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：不少于4档，可实现加减档控制。 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。
2、系统原理框图
电机转速预置PWM模块PWM参考频率电机正转GNDABS22MUXY1Y2电机反转1Hz频率计电机转速脉冲信号去抖动电路参考频率电机转速显示电机速度控制模块电机速度级别显示电机方向控制
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