基于FPGA直流电机的PWM控制
Based on FPGA direct current machine's PWM
control rotational
摘 要
EDA技术是用于电子产品设计中比较先进的技术，可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作，而且可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的支持，既缩短了研发周期，又大大节约了成本，受到了电子工程师的青睐。
实现直流电机转速的控制方法很多，可以用可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。因此，在设计中采用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现直流电机转向的控制设计，利用QuartusⅡ集成开发环境进行综合、仿真。
关键词：电子系统、硬件电路、直流电机、转向
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ABSTRACT
EDA the technology is uses in the electronic products design the quite advanced technology, may replace the designer to complete in the electronic system design the majority of work, moreover may revise wrong and the system function directly from the procedure, but does not need hardware circuit's support, both reduced the research and development cycle, and saved the cost greatly, has received the electronic engineer's favor.
Realizes the direct current machine rotational speed control method to be many, may use programmable plans and so on controller PLC, monolithic integrated circuit to realize. But these control method's function revision and the debugging needed hardware circuit's support, to increase the function revision and the system debugging difficulty to a certain extent. Therefore, uses the EDA technology in the design, the application present widespread application VHDL hardware circuit description language, realizes control design which the direct current machine changes, uses QuartusⅡThe integrated development environment carries on the synthesis, the simulation.
Key word：EDA、VHDL、QuartusⅡ、the direct current machine、realizes
control
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目 录
前 言 .................................................................................. 3 第一章 PWM技术 .............................................................. 4 第二章 EDA简要介绍 ........................................................ 6
§2.1 EDA技术的发展历程 ............................................. 6 §2.2 EDA技术的主要内容 ............................................. 8 §2.3 EDA技术的发展趋势 ............................................. 9 第三章 硬件描述语言 VHDL ........................................... 11
§3.1 VHDL语言概况 ................................................... 11 §3.2 VHDL硬件程序结构 ............................................ 13 §3.3 VHDL语言的特点................................................ 16 第四章 QuartusII开发系统 ............................................. 17
§4.1 QuartusII设计流程： ........................................... 17 §4.2 QuartusII的设计特点 ........................................... 20 第五章 本设计中所用到的各基本原件的程序及仿真波形.......................................................................................... 22
§5.1 八位计数器 ......................................................... 22 §5.2 A_D转换器 .......................................................... 23 §5.3 比较器................................................................. 25 §5.5 元件组合完成电机方向转换的仿真 ..................... 28 结 论 ................................................................................ 31 参考文献 .............................................. 错误！未定义书签。 致 谢 ................................................... 错误！未定义书签。 外文资料译文 ....................................... 错误！未定义书签。
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前 言
社会信息化和互联网正对人类经济和社会生活产生革命性的影响，而半导体产业则是互联网和信息化的基础与核心。当前我国特别需要加强基础性、关键性的高新技术领域的创新，加速技术产业，尤其是具有战略意义的新兴产业的发展和应用。半导体产业就是这样一个具有基础性、关键性的高新科技产业。自进入21世纪后，信息产业已成为世界经济中规模最大、发展最为迅猛的产业。因此对微电子信息技术和以微电子技术为基础的VLSI（超大规模集成电路设计）技术将不断提出更高的发展要求，微电子技术仍将继续是21世纪若干年代中最为重要的和最有活力的高科技领域之一，而集成电路（IC）技术在微电子领域占及其重要的地位。EDA（electronics design automation）即电子设计自动化技术，是一种以计算机为基础的工作平台;是利用电子技术、计算机技术、智能化技术等多种应用学科的最新成果，开发成的一套电子CAD（技术及辅助设计）软件；是一种帮助电子设计工程师从事电子元件产品和系统设计的综合技术。脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。他是利用微处理器的数字书出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。用FPGA产生PWM波形，只需FPGA内部资源就可实现用数字比较器代替模拟比较器，与模拟控制相比省去了外接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。PWM是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。又由于PWM脉宽调制采用了桥式驱动电路，开关管始终处于戒指和饱和两种状态，因此具有功耗小，效率高的优点。
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第一章 PWM技术
脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。
从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止，PWM在各种应用场合仍在主导地位，并一直是人们研究的热点。 由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传
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