电机调速控制设计.docx

1、电机调速控制设计系统设计专题之电机*调速控制设计学院：自动化与电气工程学院班级：*女生名. *学号:1CPLD 系统简介1.1CPLD 简介CPLD（ComplexProgrammable Logic Device） 复杂可编程逻辑器件，是从 PAL 和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路 范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。 其基本设 计方法是借助集成开发软件平台， 用原理图、 硬件描述语言等方法， 生成相应的 目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设 计的数字系统。1.2CPLD 系统的基本构架主要包

2、括有处理器、外围电路及接口和外部设备三大部分其中外围电路一般 包括有时钟、复位电路、。程序存储器、数据存储器和电源模块等部件组成。外 部设备一般应配有USB显示器、键盘和其他等设备及接口电路。在一片 CPLD 微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个 CPLD核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在 ROh中。1.3CPLD 系统的特点采用32位EPM3032A微处理器和实时操作系统组成的 CPLD控制系统，与传 统基于单片机的控制系统和基于 PC的控制方式相比，具有以下突出优点：性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到1200MHz以上, 接

3、近PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中。实时性方面：CPLD机控制器内嵌实时操作系统（RTOS，能够完全保证控 制系统的强实时性。人机交互方面：CPLD控制器可支持大屏幕的液晶显示器，提供功能强大的 图形用户界面，这些方面的性能也接近于 PC,优于单片机。系统升级方面：CPLDS制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（ API）保证了系统能够快速升级和更新。1.4CPLD 技术的应用领域CPLD技术可应用在：工业控制；交通管理；信息家电；家庭智能管理；网 络及电子商务；环境监测；机器人等领域。在工业和服务领域中，大量 CPLD技术也已经应用于工业

4、控制、数控机床、 智能工具、 工业机器人、 服务机器人等各个行业， 正在逐渐改变着传统的工业生 产和服务方式。例如，飞机的电子设备、城市地铁购票系统等都可应用 CPLD系统来实现。2设计内容2.1任务目标根据所学的CPLD系统的知识，通过硬件和软件想结合，编程控制电机的正 转、反转、加速和减速。2.2硬件原理图硬件原理图如图1所示：EPM3032A芯片起到接收PW信号并实现对电机的 控制的作用。Sm I SitrnM图1硬件原理图2.3 H桥原理图H桥电动机驱动电路包括4个三极管和一个电机。如图2所示。要使电机转 动，必须导通对角线上的一对三极管。 根据不同三极管的导通情况，电流可能从 左至右

5、或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。当G1和G4导通时，电机受正向电压，导通一段时间后，令 G4截止，由于 电机中存在电感，电流不能突变，电流经G1和Q3导通续流，此时电动机两端的 变压为零，输出电压的均值为电动机的电压。这样就实现了电机的正转。在周期不变的情况下，改变变换器输出电压的占空比，就改变了输出电 压均值，也就改变了电机的转速。当输出高电平的时间增大，而低电平所占的时 间减小时，此时实现的是加速，反之就是减速。当G2和G3导通，电机受负向电压，导通一段时间后，令 G2截止，由于电 机中存在电感，电流不能突变，电流经G3和Q1导通续流，此时电动机两端的变 压为零，与正转类似，这样就

6、实现了电机的反转。反转时也能实现加减速，同正 转。2.4直流电机调速直流电机控制驱动芯片：L9110.L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路 器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提 高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出 端能直接驱动电机的正反向运动，它具有 较大的电流驱动能力，每通道能通过800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5A ;同时它 具有较低的输出饱和压降； 内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动 继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。L9110被广

7、泛应用于玩具汽车 电机驱动、脉冲电磁阀门驱动，步进电机驱动和开关功率管等电路上。符号*小典型大单位Vcc max电源电压225.012.0Vlout max编出电流r boo1000mAVHjn输人高电半225.012.0VVUn输入低平0P 0J0JVPd max允许电源消耗000mWTopr操作温度-302585C图3 L9110管脚定义、参数L9110直流电机控制芯片的管脚波形图:管脚波形图:输入A输人B输出A输出B图4 L9110管脚波形图L9110直流电机控制芯片的电路接线图应用电路图:丸流电机图5 L9110电路接线图利用脉冲宽度调制（PWM原理进行调速。PWM靠改变脉冲宽度来控制

8、输 出电压。如图3所示。通过改变周期来控制输出频率， 而输出频率的变化可通过 改变脉冲的调制周期来实现。高电三昇Up I 碗平o图6脉冲宽度调速原理图-t u = P p平均电压： T 。t/T为PWN脉冲的占空比，决定平均电压的大小。 占空比越大，电路开通时间越长。PW具有以下优点：（1） 无需进行数模转换；（2） 抗噪性能强，PW是数字形式的，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,才能对数字信号产生影响，PWMB于通信时 极大的延长通信距离；（3） PW既经济也节约空间3 实验一，熟悉编程环境与仿真工具3.lQuartus H编程软件Quartus II是Alt

9、era公司的综合性PLD/FPGAT发软件，原理图、VHDLVerilogHDL 以及 AHDL（Altera Hardware 支持 Description Language ）等多种 设计输入形式， 内嵌自有的综合器以及仿真器， 可以完成从设计输入到硬件配置 的完整PCLD设计流程。3.2在系统可编程器件设计步骤1 .创建新设计项目： 设计的第一步， 它的任务是建立一个项目， 包括项目文 件和项目标题。2.选择器件：在器件选择窗口中选择要使用的器件。 针对某个可编程器件进 行设计时，建立项目后，应首先选择器件。3.输入和修改源文件：设计过程中最重要的一步。所有的设计思想通过源程 序的形式输

10、入计算机。一个项目可能由一个或多个源文件组成。4.编译与优化： 编译用途和其他语言是一样的。 若不能通过编译， 则需修改 源文件。5.仿真：使用ModelSim软件进行仿真。目的是对设计的正确性进行检验。从 功能上对设计的正确性进行检查，它假定信号的传输时间为 0，与适配器的时间 无关。若仿真结果与设计要求不符，则需修改设计。6.下载：通过下载电缆， 将生成的 pof 数据文件下载到电路 EPM3032ATC44-10 器件中。下载又称为编程。 一个器件只有经过下载这一步骤， 才能将设计成果转 化为该器件的功能，在电路板上发挥应有的作用。3.3建立由原理图源文件组成的设计1.创建一个新的设计项

11、目（1 ）选择菜单 File-New Project ，在 Create Project Wiszard 对话框的 Work Director栏中，选择工程保存路径，在 Name键入项目名。（2）按 Next 按钮，出现添加工程文件的对话框，如下图：席 IroiAdd Fil*s ftJiBcj匕 N of 看f$Me | ih- dfviHKir fiifiip imii 丹rui nv ifmiktBBH m lilhMi 匚円”!戸(- Gink J*lrl AH l all 勺任|科 fi|M fen ilma pnj-rfc r ar “ 皆一 ii a. m m 1 . .-i-

12、- Ji *! .kib ir It 一 I,i I I iht pips, I I I I iaXtkvri iFV 11 iv fimll-h- i l iF m-i|f ri i iiBnivfMiii41- Mir R-i liM. 4M4* tKv ii !-.4 B#c3t M. | Fjvviiprini Uin齐，这里先不管它，然后按next进行下一步，选择FPGA器件的型号，如下图:(3)在Family下拉框中，选择MAX3000系列，选择此系列的具体芯片 EPM3032ATC44-。执行next出现选择其它EDA工具对话框，Simulation 选项 中 Tool name

13、选择 ModelSim-Altera ,Format(s)选择 SystemVerilog HDL按 next 进入工程的信息总概对话框；(4)按Finish按钮即建立一个项目。2.建立一个Verilog文件(1)执行File T New弹出新建文件对话框，如下图:选择Verilog HDL File, 点击OK,开始程序编写。双击左侧下方 Tasks窗口 中的Compile Design，对程序进行编译；编译如果出现错误，对程序进行修改， 直至完全编译成功。(2)选择 Processing-Start-Start Test Bench Template Writer, 生成激励文件.vt。选

14、择Files-open,打开工程文件夹下 simulation-modelsim 中All Files里的.vt文件，对其进行修改，使输入信号初始化，将系统时钟信号进行 延时，避免出现仿真时内存不够的情况，修改后点击保存。如下图：(5)为仿真添加激励文件。选择 Assig nmen ts-setti ng-EDA Tool Sett in gs-Simulatio n ，在 NativeL ink setti ong 下，选择 Compile test bench.点击Test Benche&在弹出的Test Benches窗口下点击New,弹出NewTest Bench Settings 窗

15、口。在 Test bench name下命一个名字，在 Top level module in test bench中输入.vt文件中带有_vlg_tst 的名字。勾选 Use test bench to perform VHDL timing Simulation ，在 Design instanee name in test bench中输入 i1;点击下方 Test bench and simulation files 下的 File name后的.， 选择.vt文件，点击Add。连点OK直至回到Quartus U主界面。如下图| DWWfli.* Tf BeT：hr*Cpnilrift

16、 utnrvi:4|WnitR|VafcaaHTtHWHlRR,HxmOitawiDU 4J FDa rm Hnm巧 IrtfrW Smtown Fw-thri 比ilfli - DoaardLvvl *H.卉叶1匝 WPiffrVNX ERful Mftihg 也 ftp*H.iH FvramanHtar曲H呻nlQuME Titiv HMBWyJ.fefHR AWIMlUcpHl ip I Lwe 出 I4M Mriwtr rwwrhy HhwT 自i出血 MDi*ft rt Wr3.4建立一个】. |ik竺 * !*-15存叹7A * 3呷严即iKih LCOfu Mm 期MW Hi*

17、HF T4P!jincnHl.t；氈 il fiammx匸斗SWiOli VtOlJfl 口nrvn Durrf |VOJ Ah xni创日七”旺却知/细仔 .hMML*tdiE bnh vHrapi IetWh irded baraitmhiiJ rw*. m-hJf Kt* 怖孤號肝lb0M娜 ItSmuUiivi paTf* Kin WTuiriian Ufa! F iJxr Kanul oib uoadflh ninw:Hh. VrrtinFfa WrinJ*克 KM4 Qrrali kMd bndi: iir_| * T NMSim的工程，将其放在了D:pro下，建立完成后样子如图3

18、.1 :4- Mrdr tiF* aato N 存1才 心4:# rim Ikv IiAjbXT Ztia rw * e#卡.WMiTnfli- vwj#A ETk 聪” rijfiw Ikx iUW时图7软件主界面然后，编译，打开MSim.vt文件，编辑输入模拟量(#2 repeat(3000) #2GCLK=GCLK；。如图 5 所示：-2 w1M 03 Al W L* TwEC 说豪亍旳巾贰 ：BPt牌图8编辑输入模拟量4实验二，电机调速控制编程与调试4.1编程根据任务要求，编写程序如下：程序有 5个输入和2个输出。clk为时钟脉 冲输入，SW1 SW2 SW3和SW4分别代表控制电机的

19、启动/停止、正/反转、加速 和减速。首先检测脉冲新信号的上升沿，设定一个寄存器，记录脉冲个数。然后对按 键进行判断。加速和减速控制是通过改变参考值，以实现改变占空比，实现调速。程序1 :耳誑蚣rr* a r uh si o电帖国匀eFTUUla MSln dlltr 灯；.Wa ;input clc;lucut M.Jins牴 SH21 *.F. 忻样住,IFF Rinput 5V3; /ft机RE函羟创Eintct BVt; . 41 T1QwrpuY pwm】； /iF14auzpliz fhXTJ . /.I 7 iS百 fwnil；5 2res-_ ;Oj ipted?e ：oi cn

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25、真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速(speed = 2b11 、flag_zhengzhuan=1;)|dl Median ALTEFU 訂曲幅 EDTlDH iQld垃”“爭 -RL 2IjlLMhV Ht-t - TTTfif* re-.，f 醱 MMdil, 中 Ccnpih yruln Acid Wawi Tcdh Laait eocnarki VAniwf MkdpIT I 上JitJ KWAWl IS WHaEb即 JhfrL4碾* gwaJ .-1Jn-*_也KSHft*re-.-lJLWswi*f 尽*fts 九 fcc&W*40H9W*，Mia 尽 *-_Jiu_tet

26、lM-i J 出jKfr图13正转加速波形2)进行仿真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速 (speed = 2b10、flag_zhengzhuan=1;)3)进行仿真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速(speed = 2b01 、flag_zhengzhuan=1;)4）进行仿真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速2. PWM反转仿真波形2）进行仿真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速何 Jgjpf2)进行仿真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速2)进行仿真输出波形如图所示，能够实现电机正转加速(speed = 2b01 、flag_fanzhuan=1;)5总结首先，通过系统设计专题这门课