基于FPGA的直流电机测速控制系统设计

基于FPGA的直流电机测速控制系统设计摘要：文章详细的研究了FPGA控制电路对直流电机的控制,信号采集,信号处理及LED数码管显示。针对以往设计的不足，采用了以高度集成的FPGA芯片为核心的设计方式，来实现增量式光电编码器输出信号的处理。关键词：FPGA；直流电机；测速基于FPGA电机转速系统是工业和农业以及日常生活中不可缺少的一个系统。它的开发引起了广泛的关注。转速是指作圆周运动的物体在单位时间所转过的圈数，它是电机极为重要的一个状态参数。转速检测的快速性和精度将直接影响系统的效果和动静态性能，如何提高测量精度，如何减轻工作人员的工作负担，如何采取有效措施减少经济损失，如何保障工农业顺利进行等问题迫在眉睫。因此，电机测速系统的研究与实现具有了十分重要的意义。这个系统综合采用了FPGA芯片、光电编码器、光电耦合器、数码管等技术相结合，提高电机转速测量精度，有效杜绝测量不准确和误测等现象的发生。1基于EDA为核心的设计方案采用FPGA应用控制，FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。应用FPGA设计该系统的框图如图1所示。2系统开发工具及VHDL语言简介QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardwareDescriptionLanguage）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PLD设计流程。QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快、界面统一、功能集中、易学易用等特点。3直流电机红外探测测速电路设测速电路用的是光耦测量转动圆盘引起的脉冲宽度，从而可得FPGA的实时速度，精度很高，可达千分之一。用的是外部中断的，在电机带动转盘的时候，转盘上有一个狭缝，只有当转盘到达狭缝的时候，红外线传感器是导通的，平常的时候传感器都处于断开的状态，利用这一特点，我采用外部中断的方式，每次断开的时候采集一个信号，发生中断，每发生一次中断，就让计数器计数一次，以这样的方式来测量电机的转速。4结语电机转速的测量方法很多，其中利用基于FPGA的电机转速测速系统来测量电机转速具有分辨力高、惯性小、反应时间快、抗干扰能力强、适用于瞬态转速的测试，测量电机转速简便，使得FPGA应用广泛流传。参考文献：[1]杨文元.光电编码器分类及应用[J].仪表技术与传感器,1994(1):35-37.[2]潘松,黄继业,陈龙.EDA技术与VerilogHDL[M].北京:清华大学出版社,2010.[3]赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津:天津大学出版社,1999.[4]孙桂荣,班莹,刘鸣.电机转速测量设计实验[J].实验室科学,2005,(4):50-53.[5]葛红,黄河,吴继明.VHDL设计指南[M].北京:机械工业出版社,2005.