基于CPLD的多維運動控制系統設計

電子機電論文編號:JD1051   論文字數:15431,頁數:55

目錄
中文摘要 I
外文摘要 II
前言 III
1  緒論 1
1.1  選題背景及意義 1
1.2  步進電機的發展及應用 2
2  設計中涉及的主要理論和技術 4
2.1  步進電機工作原理 4
2.1.1  三相反應式步進電機工作原理 4
2.2  數字系統現場集成技術 8
2.2.1  現場集成技術 8
2.2.2  現場集成的目標載體——現場可編程邏輯器件 8
2.3  本研究課題所用的目標器件——Altera CPLD 10
2.3.1  概述 10
2.3.2  Altera復雜可編程邏輯器件分類 10
3  設計與實現 12
3.1  系統構思 12
3.1.1  方案比較 12
3.1.2  總體設計 13
3.1.3  設計創新 14
3.2  硬件電路的設計 14
3.2.1  系統電路圖 14
3.2.1  晶體矩形脈沖產生電路的設計 16
3.2.2  步進電機驅動電路 16
3.3  基于CPLD的VHDL設計 17
3.3.1  系統架構 17
3.3.2  分頻器、數據選擇器的VHDL設計 19
3.3.3  電機相數、勵磁方式設定的VHDL設計 20
3.3.4  電機運行步數設定VHDL設計 21
3.3.5  LCD驅動器的VHDL設計 21
3.3.6  脈沖分配控制電路的VHDL設計 29
4  設計調試與問題討論 35
4.1  實驗系統簡介 35
4.1.1  微機 35
4.1.2  CPLD實驗板 35
4.1.3  步進電機實驗設備 35
4.2  調試過程 36
4.3  實驗數據 36
5  總結與展望 38
5.1  總結 38
5.2  展望 38
參考文獻 39
致謝 40
附錄1 41
附錄2 43
附錄3 45
附錄4 47
附錄5 48

[摘要] 步進電機（Stepping Motor）因其能夠精確地控制機械的移動量而被廣泛采用。步進電機是由輸入的脈沖信號來加以控制的。模擬電路雖然可以用來產生連續可調的脈沖信號，但卻難以控制，而用數字集成電路來對步進電機進行控制，則能克服以上缺點。
 現在，數字集成電路的設計越來越多地采用VHDL+CPLD的設計方法。VHDL在現場就能進行修改，與CPLD器件相結合，能大大提高設計的靈活性與效率，縮短產品的開發周期，加快產品的上市時間。VHDL+CPLD的設計方法是數字系統設計的一個創新，也是未來的一種發展方向。
 本研究論述數字系統設計方法和利用VHDL語言的實現，介紹了復雜可編程器件并以ALTERA公司的產品為例做了重點介紹。并由此論述了VHDL+CPLD的設計方法在越來越復雜的數字集成系統設計中的優越性。本研究使用VHDL+CPLD的方法設計一個數字的步進電機控制系統。本論文還介紹了VHDL源代碼的編寫過程（包括系統各部分的介紹以及各部分子模塊的VHDL程序的編寫和思路）、CPLD外圍硬件電路的搭建、CPLD下載系統的結構以及整個系統結構的實現原理等等。在完成整個系統設計的介紹后，還對數字系統設計過程中的心得作了介紹。然后，對進一步改進設計提出了一些新的思路，并且對一種曾經考慮過的設計方案進行了論證，對用該方案與本研究所采用方案的優缺點進行了比較，并說明為什么最終未采用該設計方案的原因。最后，對整個設計進行了總結。
 [關鍵詞] 高速硬件描述語言 復雜可編程邏輯器件 步進電機  運動控制
 
 
 
 
CPLD Solution for Multi-dimension
Motion Control System
 Abstract: Generally speaking, stepping motor is the best choice to control the movement of the mechanism accurately by a motor. The movement of stepping motor can be controlled by a number of input pulse signal. Although analog circuit can generate continuous and adjustable pulse signal, it is difficult to control the movement of the motor accurately by MCU. The above problem can be eliminated by the using of digital integrated circuit.
 Nowadays, the VHDL+CPLD design method is used for more and more designs of digital integrated circuit. VHDL can be compatible easily to different design platform. VHDL+CPLD design method not only can improve the digital system design to make it efficiency and flexibility greatly, but also can shorten the cycle of the product development and make the product to be sold in the market much more quickly. VHDL+CPLD design method is an innovation of digital system design, which will be developed to be the main trend in the future.
 The paper describes the differences among the designing methods of digital system. It also makes people know the advantages of VHDL language. At the same time, the paper introduces the complex programmable logic device and focus on taking Altera company product as an example, which supports the advantages of VHDL+CPLD when it is used to design more and more complicated digital system. In the paper the whole process to design a digital stepping motor control system by VHDL+CPLD is showed, including the instruction of parts in this system, and the process of using VHDL to write the source code. It also shows CPLD extended circuit design, the theory about the whole system structure, etc. And then it concludes the experiences from this design. At last, it gives some thoughts on how to improve the design, and how to analyze a design project. And make a conclusion for the whole design.
Keywords: VHDL,  CPLD,  Stepper Motor,  Motion Control System