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1、毕业论文基于 FPGA 的步进电机控制系统的数字硬件设计研究作 者 姓 名： 专 业 名 称：电子信息科学与技术专业指 导 老 师： 基于 FPGA 的步进电机控制系统的数字硬件设计研究-I-摘要步进电机因其能够精确地控制机械的移动量而被广泛采用。步进电机是由输入的脉冲信号来加以控制的。模拟电路虽然可以用来产生连续可调的脉冲信号，但却难以控制，而用数字集成电路来对步进电机进行控制，则能克服以上缺点。现在，数字集成电路的设计越来越多地采用 VHDL + FPGA 的设计方法。采用 VHDL 的设计方法有着不依赖器件、移植容易、能加快设计的特点。并且，VHDL 在现场就能进行修改，与 FPGA 器
2、件相结合，能大大提高设计的灵活性与效率，缩短产品的开发周期，加快产品的上市时间。VHDL + FPGA 的设计方法是数字系统设计的一个创新，也是未来的一种发展方向。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，已广泛应用于各种自动化控制系统中。为了提高对步进电机的细分要求，提出了基于FPGA 控制的步进电机控制器方案。给出了用 VHDL 语言层次化设计各功能模块的过程，利用 Quartus进行仿真，给出了仿真结果，并成功地在 FPGA 器件上验证了设计的可能性。采用 FPGA 器件和 VHDL 语言，只需修改模块程序参数，而无须修改硬件电路就能实现各种控制。该设计硬件结构简单可靠，可根据实践需
3、要灵活方便进行配置。关键词：VHDL FPGA 步进电机基于 FPGA 的步进电机控制系统的数字硬件设计研究-II-AbstractStepper motors can be precise because of mechanical control of the movement of production and are widely used. Stepper motor input from the pulse signal to control. Although analog circuits can be used to produce continuously adjustab
4、le pulse signal, but it is difficult to control, and the use of digital integrated circuits to the stepper motor control, to overcome the above drawbacks. Now, digital IC design increasingly used VHDL + FPGA design methods. VHDL design is not dependent on devices, easily transplanted, can speed up t
5、he design characteristics. Furthermore, VHDL at the scene can make changes and FPGA devices combine can greatly improve the design flexibility and efficiency, shorten product development cycles, accelerate product time to market. VHDL + FPGA design methodology for digital systems design an innovativ
6、e, as well as the future direction of development. Stepping motor is a electrical impulses into angular displacement of the executive agency, has been widely used in all kinds of automatic control system. In order to improve the stepper motor subdivision requirements, is put forward based on FPGA co
7、ntrol stepping motor controller scheme. In this paper, a VHDL language the function module design of hierarchical process, use Quartus simulation, then the simulation results, and succeeded in the FPGA device validate design of possibilities. Based on FPGA device and VHDL language, only modify modul
8、e procedure parameters, without having to change hardware circuit can achieve all kinds of control. The hardware design of simple structure and reliable, but according to the practice needs is flexible and convenient for configuration.Keywords : FPGA,VHDL, stepper motor基于 FPGA 的步进电机控制系统的数字硬件设计研究-III
9、-目录摘要 .IAbstract.II目录 .III前言.11 步进电机脉冲信号发生器原理与设计要求.21.1 步进电机原理 .21.2 测试原理 .31.3 设计要求 .41.4 目前可以实现的方法及比较 .52 本研究课题所涉及的主要理论和技术.72 .1 数字系统现场集成技术的基本概念 .72.1.1 工艺集成技术 .72.1.2 现场集成技术 .82.2 现场集成的编程方式 .92.2.1 高密度型和低成本型的可编程逻辑器件 .92.3 VHDL 设计方法及技术原理 .102.3.1 VHDL 的发展概况 .102.3.2 VHDL 设计综合过程 .112.3.3 设计要求的定义 .112.3.4 采用 VHDL 进行设计描述 .112.4 EDA 工具 .123 设计与实现.133.1 采用的设计方案 .133.2 VHDL 设计 .163.2.1 step_control.vhd 部分 .163.2.2 Step_wave . vhd 部分 .214 设计调试与问题讨论.264.1 设计调试 .264.2 问题讨论 .264.2.1 VHDL 程序编写 .
