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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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