基于FPGA的步进电机控制系统的数字硬件设计研究_通信工程专业论文
发布时间：2015-01-24
来源：人大经济论坛
通信工程专业论文
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
前言 1
1 步进电机脉冲信号发生器原理与设计要求 2
1.1步进电机原理 2
1.2测试原理 3
1.3设计要求 4
1.4目前可以实现的方法及比较 5
2 本研究课题所涉及的主要理论和技术 7
2 .1 数字系统现场集成技术的基本概念 7
2.1.1工艺集成技术 7
2.1.2 现场集成技术 7
2.2 现场集成的编程方式 8
2.2.1高密度型和低成本型的可编程逻辑器件 9
2.3 VHDL 设计方法及技术原理 10
2.3.1 VHDL 的发展概况 10
2.3.2 VHDL 设计综合过程 10
2.3.3 设计要求的定义 10
2.3.4 采用VHDL 进行设计描述 11
2.4 EDA 工具 11
3 设计与实现 12
3.1采用的设计方案 12
3.2 VHDL 设计 15
3.2.1 step_control.vhd 部分 15
3.2.2 Step_wave . vhd 部分 20
4 设计调试与问题讨论 27
4.1 设计调试 27
4.2 问题讨论 27
4.2.1 VHDL 程序编写 27
4.2.2 VHDL 程序的顺序问题 27
4.3 改进设计或其它方案的思索 27
5 总结 29
致谢 30
参考文献 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 电路图 39
A2.1 Step_control.vhdl部分的门级电路图 39
A2.2 Step_wave.vhdl部分的门级电路图 41
A2.3 电路总图 42
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。
本论文从各方面详细论述数字系统设计方法和VHDL 语言的优点及不足，介绍了现场可编程器件并以ALTERA 公司的产品为例做了重点介绍。并由此论述了VHDL + FPGA 的设计方法在越来越复杂的数字集成系统设计中的优越性。在此基础上使用VHDL + FPGA 的方法设计一个数字式的步进电机控制系统。最后，对整个设计进行了总结。
关键词：VHDL FPGA 步进电机
设计要求:
用户要求，步进电机的控制系统一脉冲信号发生器的输出脉冲能完成定速、加速、减速，且速率和加减速度都能做到连续可调。主要的功能定义是：
( l ）基准时钟
65536 Hz
( 2 ）输出脉冲个数设定范围
l ～16777215
( 3 ）输出脉冲速率设定范围
l ～65535 pps ( 1 pps / step )
( 4 ）输出脉冲加速度设定范围
0～65535 pps / s
( 5 )用 FPGA 实现
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