基于FPGA的步進電機控制系統的數字硬件設計研究

電子通信論文編號:TX175  論文字數:14225,頁數:47

目錄
摘要  I
Abstract   II
目錄   III
前言  1
1 步進電機脈沖信號發生器原理與設計要求   2
1.1步進電機原理  2
1.2測試原理   3
1.3設計要求  4
1.4目前可以實現的方法及比較  5
2 本研究課題所涉及的主要理論和技術  7
2 .1 數字系統現場集成技術的基本概念  7
2.1.1工藝集成技術   7
2.1.2 現場集成技術  7
2.2 現場集成的編程方式  8
2.2.1高密度型和低成本型的可編程邏輯器件  9
2.3 VHDL 設計方法及技術原理  10
2.3.1 VHDL 的發展概況  10
2.3.2 VHDL 設計綜合過程   10
2.3.3 設計要求的定義   10
2.3.4 采用VHDL 進行設計描述  11
2.4 EDA 工具  11
3 設計與實現   12
3.1采用的設計方案   12
3.2 VHDL 設計   15
3.2.1 step_control.vhd 部分   15
3.2.2 Step_wave . vhd 部分   20
4 設計調試與問題討論  27
4.1 設計調試  27
4.2 問題討論  27
4.2.1 VHDL 程序編寫   27
4.2.2 VHDL 程序的順序問題  27
4.3 改進設計或其它方案的思索   27
5 總結   29
致謝  30
參考文獻  31
附件1  VHDL源程序  32
A1.1 VHDL源程序—Step_control.vhdl    32
A1.2 VHDL源程序—Step_wave.vhdl   35
附件2  電路圖  39
A2.1 Step_control.vhdl部分的門級電路圖   39
A2.2 Step_wave.vhdl部分的門級電路圖  41
A2.3 電路總圖  42

 摘要
步進電機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 + FPGA 的設計方法。采用VHDL 的設計方法有著不依賴器件、移植容易、能加快設計的特點。并且，VHDL 在現場就能進行修改，與FPGA 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 + FPGA 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。
本論文從各方面詳細論述數字系統設計方法和VHDL 語言的優點及不足，介紹了現場可編程器件并以ALTERA 公司的產品為例做了重點介紹。并由此論述了VHDL + FPGA 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。在此基礎上使用VHDL + FPGA 的方法設計一個數字式的步進電機控制系統。最后，對整個設計進行了總結。
關鍵詞：VHDL  FPGA  步進電機

設計要求:
用戶要求，步進電機的控制系統一脈沖信號發生器的輸出脈沖能完成定速、加速、減速，且速率和加減速度都能做到連續可調。主要的功能定義是：
    ( l ）基準時鐘
65536 Hz
( 2 ）輸出脈沖個數設定范圍
         l ～16777215
( 3 ）輸出脈沖速率設定范圍
         l ～65535 pps ( 1 pps / step )
    ( 4 ）輸出脈沖加速度設定范圍
0～65535 pps / s
( 5 )用 FPGA 實現