大学课程设计撰写参考范文.docx
《大学课程设计撰写参考范文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学课程设计撰写参考范文.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大学课程设计撰写参考范文
基于CPLD的放电加工机脉冲电源的设计
摘要
本文给出了在模具行业中放电加工机脉冲电源控制部分的原理及硬件、软件设计，基于ALTERA公司生产的EPM1270T144C5可编程逻辑器件CPLD，利用ALTERA公司的Quartus‖硬件设计软件，采用VerilogHDL硬体语言设计控制时序、功能键操作、数字键操作、数码管显示系统等，简化了电路的设计和IC芯片的使用，很好的解决了电路复杂、元器件所占体积大、抗干扰能力差、适时控制等问题，大大提高了系统的整体性能。
解决了电火花加工机在恶劣的生产条件下脉冲电源丢失、丢步、间歇放电、脉冲电源的脉宽及休止的变化等问题，提高了电火花加工机的性能和加工中的稳定性、生产效率和电极原材料的损耗等加工工艺问题。
关键词：
放电加加工机EPM1270T144C5CPLDVerilogHDL
Quartus‖脉宽休止
Abstract
Inthispaper,inthemoldindustryEDMpulsepowersupplycontrolpartofthetheoryandhardware,softwaredesign,basedontheALTERAcompanyEPM1270T144C5programmablelogicdeviceCPLD,usingALTERA'sQuartus‖software,hardwaredesign,usingVerilogHDLhardwarebodylanguagedesignedtocontroltiming,functionkeyoperation,thenumberofkeyoperations,suchasdigitaldisplaysystem,simplifyingthecircuitdesignandtheuseofICchips,averygoodsolutiontothecircuitcomplexityofthesharevolumeofcomponents,andanti-jammingcapabilitytimelycontrolandotherissues,greatlyimprovingtheoverallperformanceofthesystem.SolvetheEDMmachineproductioninadverseconditions,pulsepowerloss,loststep,intermittentdischarge,pulsepowerandtherestofthechangesinpulsewidthandsoon,toimprovetheperformanceofEDMmachinesintheStabilityandprocessing,productionefficiencyandelectrodewearandtear,suchasrawmaterialsprocessingissues.
Keywords:
DischargeincreasesmachineEPM1270T144C5CPLDVerilogHDL
Quartus‖restingpulsewidth
摘要....................................................Ⅰ
Abstract................................................Ⅱ
1.1引言..............................................1
1.3脉冲电源的设计结构和概述..........................1
第二章EDA、CPLD、VerilogHDL、Quartus‖概述．.．．．．．．．．.2
2.1EDA技术的发展和优点．．．．．．．．．．．．．．．．．．...........2
2.2ALTERA公司生产的EPM1270T144C5CPLD概述..........2
2.3Quartus‖应用软件介绍.........................．4
第三章放电加工机脉冲电源设计流程．．..............．．......5
3.1设计方案的规划和论证.............................5
3.2脉冲电源总体设计流程.............................5
第四章放电加工机脉冲电源软件设计.......................14
4.1软件设计总流程图...............................14
4.2子程式结构流程图...............................15
4.2.1键盘子程式流程图..........................15
4.2.2显示子程式流程图..........................16
4.3系统VerilogHDL软件...........................17
4.4系统软件仿真...................................21
4.4.1电流仿真..................................21
4.4.2脉冲仿真..................................22
第五章 运行分析..................................．．..23
5.1综合测试......................................23
5.2加工测试.......................................23
结束语致谢...........................................24
参考文献...............................................25
第一章放电加工机脉冲电源简况
1.1引言
随着我国的改革开放，模具行业、汽车行业、各种电子产品对接插件的要求等现代化产业不断的崛起，对当今我国加工设备行业是一次巨大的挑战，传统的加工设备如铣床、车床、磨床等重切削设备，不论从加工工艺还是加工产品精度方面都已经不能满足当今的产品加工行业。
随着近年来加工中心等数控设备走向加工市场，重切削加工技术不断的提高，但是这些传统的和先进的加工方式在细节加工、特殊材料加工，特别是接插件产品方面就显的捉襟见肘，在这样的环境下柔性加工工艺技术迎运而生，电火花放电加工机就是通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电腐蚀作用对工件进行加工，随着加工市场对加工效率、加工稳定性、加工精度的控制、加工工具电极的损耗、机床设备电路简易化等要求，传统的电火花放电加工机已经不能满足市场需求，传统的放电加工机在恶劣的加工环境下稳定性、机床电柜设计复杂化、抗干扰能力等提到放电加工机设计的日程中。
1．2现阶段火花机脉冲电源状况和发展趋势
随着加工行业的不断提高，特别是汽车行业和模具行业的发展,在接插件和轮胎模具方面,火花机加工工艺的优点体现的越来越来突出,火花机的应用越来越广泛,随之而来的要求越来越多,特别是在电子产品的外型、尺寸不断的趋向小型化、精密化方向发展，电子产品本身的结构设计需要高精度的、小型化的元件进行生产，以往的火花机加工的产品已经不能满足更细节性、精密等加工和控制，以前使用IC4528、4538等脉冲斩波芯片，或者使用8031、8051单板机进行设计的脉冲部分已经不能满足火花机行业在性能、结构简洁化、成本低廉化等方面。
随着电子产品的高集成化的发展，使得电火花放电机的设计趋于结构简单化、成本低廉化、精密性和稳定性更高性能化发展。
1．3脉冲电源的设计结构和概述
火花机脉冲电源设计主要采用ALTERA公司生产的EPM1270T144C5CPLDIC芯片，使用VerilogHDL硬件设计语言来实现，设计的结构包括以下几个方面:
（1）方案的规划和论证
（2）IC芯片的选用、测试和论证
（3）软件系统规划、结构流程设计和调试
（4）方案的运行和分析
第二章EDA、CPLD、VerilogHDL、Quartus‖概述
2.1EDA技术的发展和优点
EDA技术主要是指面向专用集成电路设计的计算机技术,将EDA技术与传统电子设计方法进行比较可以看出，传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计，是一种搭积木式的方式，使复杂电路的设计、调试十分困难；如果某一过程存在错误．查找和修改十分不便；对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差；只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实泅，因而开发产品的周期长。
而电子EDA技术则有很大不同，采用可编程器件，通过使用硬件语言进行设计传统IC芯片逻辑，并可以自定义使用的芯片的管脚，在计算机上进行模拟、分析和调试，大大减少传统设计方案中复杂的电路设计和电子元器件筛选、测试和选用，增加设计的灵活性、可适时分析调试性，大大缩短了产品的开发周期。
2.2ALTERA公司生产的EPM1270T144C5CPLD概述
CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice的简称），是一种结构复杂的可编程逻辑器件，ALTERA公司生产的EPM1270T144C5CPLDIC芯片主要的控制功能可分为四类：
I/O扩展、接口桥接、上电顺序和系统配置，如图2-1。
图2-1CPLD芯片控制功能
本芯片可以使用1.8V、2.5V、3.3V工作电压，使电源线最短，简化电路板设计，共有144管脚封装，Flash存储器是可进行访问和编程的非易失存储块，可代替EEPROM非易失存储块，节省成本和电路板空间，Flash存储块可进行100次擦写程式，方便设计中的可调性。
灵活可自定义的I/O分配，支持多种I/O电压的多个I/O组和其他器件连接，更能灵活的设计每个应用I/O。
2.3Quartus‖应用软件介绍
Quartus‖软件支持MAX‖器件，也是CPLD设计性能最高和易用的设计软件，Quartus‖软件提供了大量的工具，简化和便于MAX‖器件的设计，这些工具包括[7]：
◆VHDL和Verilog硬件描述语言（HDL）设计方式和综合功能。
输入文本形式的设计，转化后进行综合和仿真流程。
◆原理图设计方式。
允许设计者进行不太复杂的电路设计。
◆增量布局布线。
在发生新的设计变化下继续保持设计的性能指标。
◆PowerGauge功率分析。
根据用户指定的设计文件和工作参数估计功耗。
◆SignalProbe布线技术。
增量地将内部接点连接至无用或保留的管脚，用外部示波器或者逻辑分析仪进行分析。
◆Quartus‖软件操作界面如图2-3。
图2-3软件操作界面
第三章放电加工机脉冲电源设计流程
3.1设计方案的规划和论证
基于传统采用共阳极或共阴极数码管设计的放电加工机,通过市场调研电脑屏幕人机界面操作模式的放电加工机已成为市场的主流,随着数控行业的发展,单轴数控和三轴数控机床设备成为未来放电加工机趋势,在这样的市场环境下,采用数控设备、数字化控制方式成为市场的需求,传统的采用IC8253等通过电阻、电容的充放电时间控制脉宽和休止的方式已经不能满足现有的数控设备,随着IC行业的发展,集成化逻辑模块如FPGA、CPLD的性能的提高,稳定性、简捷化设计、保密性等成为了设计的主流.因此确定使用CPLD,采用设计软件的模式提高脉冲电源的稳定性设计,构成数字化控制的单轴和三轴数控制设计的放电加工机,提高放电加工机稳定性、精密化、数控化。
3.2脉冲电源总体设计流程
放电加工机的脉冲电源设计总体设计流程如图3-1。
图3-1总体设计流程图
第四章放电加工机脉冲电源软件设计
4．1软件总设计流程图
软件总设计流程如图5-1。
图4-1系统软件设计流程图
4．2子程式结构流程图
4.2.1键盘子程式流程图
键盘子程式流程如图5-2。
图4-2键盘子程式设计流程图
4.2.2显示子程式流程图
显示系统子程式流程如图5-3。
图4-3显示系统程序设计流程图
4．3系统VerilogHDL软件
modulepluse（clk,reset,on_set,off_set,ip_set,ip,plus,lamp）。
inputclk,reset。
input[3:
0]on_set,off_set,ip_set。
outputplus,lamp。
output[3:
0]ip。
reg[3:
0]ip。
regplus,lamp。
reg[10:
0]cnt1,cnt2。
reg[2:
0]s。
reg[2:
0]flag。
reg[20:
0]on,off。
always@（posedgeclk）//设计检测程序是否在运行，指示灯闪烁程序运行
begin
if（reset==0|cnt1==0）
begin
lamp=1。
cnt1=20。
end
else
begin
cnt1=cnt1-1。
if（cnt1>=10）
begin
lamp=1。
end
else
lamp=0。
end
end//lamp是指示灯信号
always@（posedgeclk）
begin
if（reset==0）
begin
ip=0。
end
else
begin
case（ip_set）
4'b0000:
beginip=4'b0000。
end//电流0
4'b0001:
beginip=4'b0001。
end//电流1
4'b0010:
beginip=4'b0010。
end//电流2
4'b0011:
beginip=4'b0011。
end//电流3
4'b0100:
beginip=4'b0100。
end//电流4
4'b0101:
beginip=4'b0101。
end//电流5
4'b0110:
beginip=4'b0110。
end//电流6
4'b0111:
beginip=4'b0111。
end//电流7
4'b1000:
beginip=4'b1000。
end//电流8
4'b1001:
beginip=4'b1001。
end//电流9
4'b1010:
beginip=4'b1010。
end//电流10
4'b1011:
beginip=4'b1011。
end//电流11
4'b1100:
beginip=4'b1100。
end//电流12
4'b1101:
beginip=4'b1101。
end//电流13
4'b1110:
beginip=4'b1110。
end//电流14
4'b1111:
beginip=4'b1111。
end//电流15
defaultbeginip=4'b0000。
end//其他
endcase
end
end
parameters0=0,s1=1,s2=2,s3=3。
always@（posedgeclk）
begin
if（reset==0）
begin
plus=0。
on=0。
off=0。
flag=s0。
cnt2=0。
end
else
begin
case（flag）
s0:
begin
plus=0。
flag=s1。
end
s1:
begin
if（cnt2begin
plus=1。
cnt2=cnt2+1。
end
else
begin
plus=0。
flag=s2。
cnt2=5。
end
end
s2:
begin
if（cnt2begin
cnt2=cnt2+1。
end
else
begin
flag=s1。
cnt2=0。
end
end
s3:
begin
flag=s0。
end
endcase//onoff为脉宽和休止的宽度控制
case（on_set）
4'b0000:
beginon=5。
end//设置0时脉宽宽度
4'b0001:
beginon=10。
end//设置1时脉宽宽度
4'b0010:
beginon=15。
end//设置2时脉宽宽度
4'b0011:
beginon=20。
end//设置3时脉宽宽度
4'b0100:
beginon=25。
end//设置4时脉宽宽度
4'b0101:
beginon=30。
end//设置5时脉宽宽度
4'b0110:
beginon=35。
end//设置6时脉宽宽度
4'b0111:
beginon=40。
end//设置7时脉宽宽度
4'b1000:
beginon=45。
end//设置8时脉宽宽度
4'b1001:
beginon=50。
end//设置9时脉宽宽度
4'b1010:
beginon=55。
end//设置10时脉宽宽度
4'b1011:
beginon=60。
end//设置11时脉宽宽度
4'b1100:
beginon=65。
end//设置12时脉宽宽度
4'b1101:
beginon=70。
end//设置13时脉宽宽度
4'b1110:
beginon=75。
end//设置14时脉宽宽度
4'b1111:
beginon=80。
end//设置15时脉宽宽度
default:
beginon=5。
end//其他脉宽宽度
endcase
case（off_set）
4'b0000:
beginoff=5。
end//设置0时休止宽度
4'b0001:
beginoff=10。
end//设置1时休止宽度
4'b0010:
beginoff=15。
end//设置2时休止宽度
4'b0011:
beginoff=20。
end//设置3时休止宽度
4'b0100:
beginoff=25。
end//设置4时休止宽度
4'b0101:
beginoff=30。
end//设置5时休止宽度
4'b0110:
beginoff=35。
end//设置6时休止宽度
4'b0111:
beginoff=40。
end//设置7时休止宽度
4'b1000:
beginoff=45。
end//设置8时休止宽度
4'b1001:
beginoff=50。
end//设置9时休止宽度
4'b1010:
beginoff=55。
end//设置10时休止宽度
4'b1011:
beginoff=60。
end//设置11时休止宽度
4'b1100:
beginoff=65。
end//设置12时休止宽度
4'b1101:
beginoff=70。
end//设置13时休止宽度
4'b1110:
beginoff=75。
end//设置14时休止宽度
4'b1111:
beginoff=80。
end//设置15时休止宽度
default:
beginoff=5。
end//设置其他时休止宽度
endcase
end
end
Endmodule
上面系统的VerilogHDL程式，主要是对电流、脉宽、休止的控制，加工电流不同，设置的加工条件也不同，脉宽和休止的宽度可以随机进行调整。
4．4系统软件仿真
4.4.1电流部分的仿真
假如设置电流为5A，仿真结果如图5-4。
图5-45A电流选择仿真结果
ip-set[3]=0；
ip-set[2]=1；
ip-set[1]=0；
ip-set[0]=1；
仿真结果为：
ip[3]=0；
ip[2]=1；
ip[1]=0；
ip[0]=1；
4.4.2脉宽、休止仿真结果
假设脉宽设置为10，休止设置为6，仿真结果如图5-5。
图5-5脉宽休止选择仿真结果
脉宽设置为10，休止设置为6，则on－set［3:
0],off-set[3:
0]如下：
on-set[3]=1 off-set[3]=0
on-set[2]=0 off-set[2]=1
on-set[1]=1 off-set[1]=1
on-set[0]=0 off-set[0]=0
仿真结果显示，输出脉冲plus波形，如图5-5显示：
脉宽宽度是休止宽度的5/3，和设置的脉宽为是为10，休止宽度为6吻合。
第五章运行分析
5.1综合测试
通过硬件和软件综合调试,整套系统运行正常,CPLD产生的脉冲,通过高频IRF450场效应管推出控制放电加工机的电流和电压,克服了传统的脉冲产生模式受环境温度、环境电磁干扰、工作车间其他设备干扰等客观原因引起的不稳定因素,通过使用示波器进行测量脉冲的脉宽和休止的波形,传统的脉冲波形上升沿和下降沿在运行时会出现圆弧波形,这样在推动IRF450场效应管时出现滞后现象,这样会影响加工产品的表面光洁度,CPLD设计脉冲通过测量波形,在上升沿和下降出基本趋于90度,缩短了开关的开断时间.传统的脉冲电源设计另一弊端所在是当设置脉宽和休止的宽度时,会出现脉宽变窄或者变宽的现象,造成放电不稳定,通过CPLD设计,脉宽和休止的宽度采用程式通过数字控制,避免了传统RC设计会随着温度的变化造成的变化。
5.2加工运行测试
对比工程实施前放电加工机加工性能和工程实施后性能比较如下:
工程前：
序号电流大小加工深度表面光洁度加工时间电磁干扰结果
11A0.501.2-1.5um1H偶有死机现象
20.5A0.500.5-0.6um4H偶有死机现象
工程后
序号电流大小加工深度表面光洁度加工时间电磁干扰结果
11A0.50
升级会员 