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1、1中文摘要直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统。本设计介绍了基于 FPGA 用 PWM 实现直流电机调整的基本方法，直流电机调速的相关知识，及 PWM 调整的基本原理和实现方法。重点介绍了基于 FPGA 用软件产生 PWM 信号的途径，输出的PWM 波形具有频率高、占空比调节步进细的优点。对直流电机调速的实现提供了一种有效的途径。关键词：直流电机 PWM 频率计 2AbstractThis paper introduces a kind of method of DC motor speed modification based on PWM the
2、ory bythe FPGAShowing some relative knowledge upon the DCmotor timing，the basic theory and the way to implementAnd it emphasizes on the way for carrying out PWM signals based on FPGAThis PWM signals advatages base its high frequency and duty cycle stepping fine adjustment.It offers a sort ofeficient
3、 method for the DC motor speedcontrolling systemKeyword: DC motor PWM Cymometer3目 录引 言 .1第一章：设计方案及系统分析 .21.1 系统的实现及参数的要求 .21.2 直流电机调速原理 .213 PWM 基本原理设计方案 .31.3.1 PWM 基本原理 .31.3.2 PWM 波形的设计方案 .41.4 系统的外围硬件及其与 FPGA 的接口电路 .51.5 系统的工作流程 .6第二章、硬件设计 .82.1、电源模块的设计 .82.2、电机驱动模块 .92.3、电机转速测量模块 .102.4、按键输入模块
4、.112.5、LED 显示模块 .12第三章、系统软件设计及分析 .143.1、频率计的设计 .143.2、数据显示的程序设计 .163.3、PWM 波形发生器的程序设计及分析 .183.4 PID 控制模块 .193.5 键盘输入模块 .25第四章核心器件及开发环境的介绍 .274.1 FPGA 核心板的介绍 .274.2 四电压比较器 LM339 简介 .2844.3 开发环境 Quartus II 7.0 介绍 .30第五章 系统调试 .325.1 硬件电路的调试 .325.1.1 电源电路 .325.1.2 显示电路的调试 .325.2 系统软件调试 .335.2.1 消抖电路参数的调
5、整 .335.2.2 PWM 波形参数的设计 .335.2.3 比较器的设计 .345.2.3 PID 控制器的参数设计 .345.2.4 系统的最终实现 .35结束语 .36致 谢 .37参考文献 .3850引 言电机是电动机和发电机的统称，是一实现机电能转换的电磁装置。拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为电动机；作为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电机。由于电流有交流、直流之分，所以电机也就分为交流电机和直流电机两大类。在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,直流调速技术已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。直流电机具有良好的启动和调速性能，被广泛地应用于对
6、启动和调速有较高要求的拖动系统，例如电力牵引、轧钢机、起重设备等。小容量的直流电动机在制动控制系统中的应用也很广泛。本设计的课题为基于 FPGA 的直流电机调速系统。最常用的直流调速技术是脉宽调制(PWM ) 直流调速技术, 它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点。系统采用 PWM 调节实现对电机的调速，采用红外发射接收对管采集电机转速。FPGA 系统内部进程工作在并行的状态下，各子进程相互独立，输出的 PWM 波形具有频率高，占空比调节步精密的特点。高频率的 PWM 波形对直流电机工作的稳定起着极其重要的作用，尤其在高负载的调速系统中体现的优越性极其明显，频率越高电机运行越平
7、稳。另外，对 PWM 波形输出占空比的调节步进细分的特点大大的扩大了调速系统的调速范围。本设计中主要研究 FPGA 产生 PWM 波形的优越性并对其进行验证，并且针对 FPGA 系统进行等精度频率测量的高精度性进行验证。1第一章：设计方案及系统分析1.1 系统的实现及参数的要求本系统是基于 FPGA 的直流电机闭环控制系统。要求系统能用按键设定电机的工作转速，并在系统工作时可以通过外部设定改变电机的转速。当电机的负载变化时，系统通过检测电机转速的变化对电机的转速进行PID 调节，迅速调整电机的转速稳定工作在设定的工作频率。要求系统工作稳定在设定值偏差 1HZ 范围内。1.2 直流电机调速原理根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为 1 （1.1）20nadeetnUTRK式中：、 额定电驱电压、额定磁通量n0、 与电机有关的常数et、 电机外加电阻、电机内阻adR、 理想空载转速、转速降0n分析(1.1)式可得当分别改变 、 和 时，可以得到不同的转速nUnaRn，从而实现对速度的调节。由于 当改变励磁电流 时，可以()fIfI改变磁通量的大小，从而达到变磁通调速的目的。但
