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FPGA课程设计 FPGA课程设计 题 目：基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系统设计与实现 题 目：基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系统设计与实现 班级 ：微电子学 1202 班 班级 ：微电子学 1202 班 姓名：杜英 姓名：杜英 学号：01 学号：01 日期：2016 年 3 月 24 日 日期：2016 年 3 月 24 日 基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系统设计与实现 基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系统设计与实现 1 设计任务与要求 1 设计任务与要求 设计任务 设计任务 完成基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系统设计与实现，实现对直 完成基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系统设计与实现，实现对直 流电机的闭环调速，速度值采用 LCD 或数码管显示。 流电机的闭环调速，速度值采用 LCD 或数码管显示。 设计要求 设计要求 了解PWM 控制方法及应用；掌握 PWM 直流电机调速控制原理；掌握直 了解PWM 控制方法及应用；掌握 PWM 直流电机调速控制原理；掌握直 流电机调速及驱动控制原理；完成基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系 流电机调速及驱动控制原理；完成基于 FPGA 的直流电机 PWM 调速系 统设计。采用 PWM （脉冲宽度调制）技术，速度值采用 LCD 或数码管 统设计。采用 PWM （脉冲宽度调制）技术，速度值采用 LCD 或数码管 显示。 显示。 通过课程设计的实践，进一步了解和掌握硬件描述语言 (VHDL 或 通过课程设计的实践，进一步了解和掌握硬件描述语言 (VHDL 或 Verilog）和 TOP-DOWN 的设计流程，提高对实际项 目的分析和设计能 Verilog）和 TOP-DOWN 的设计流程，提高对实际项 目的分析和设计能 力，体会 FPGA 项 目开发的过程，熟悉实验报告的编写规范。 力，体会 FPGA 项 目开发的过程，熟悉实验报告的编写规范。 2 设计原理分析 2 设计原理分析 2．1 直流电机结构如下图所示 2．1 直流电机结构如下图所示 图 直流电机的构造 图 直流电机的构造 将直流电源通过电刷接通线组线圈，使线组线圈导体（电枢导体） 将直流电源通过电刷接通线组线圈，使线组线圈导体（电枢导体） 有电流通过，在电磁的作用下，线组线圈将会产生磁场，同时产生的 有电流通过，在电磁的作用下，线组线圈将会产生磁场，同时产生的 磁场与主磁极的磁场产生电磁力，这个电磁力作用于转子，使转子以 磁场与主磁极的磁场产生电磁力，这个电磁力作用于转子，使转子以 一定的速度开始旋转，电机就开始工作。 一定的速度开始旋转，电机就开始工作。 在电机的外部电路加入开关型的霍尔元件，同时在电子转子的转 在电机的外部电路加入开关型的霍尔元件，同时在电子转子的转 盘上加入一个使霍尔元件产生输出的带有磁场的磁钢片。当直流电机 盘上加入一个使霍尔元件产生输出的带有磁场的磁钢片。当直流电机 旋转时转盘与磁钢片一起旋转，当磁钢片转到霍尔元件上方时，可以 旋转时转盘与磁钢片一起旋转，当磁钢片转到霍尔元件上方时，可以 使霍尔元件的输出端高电平变为低电平。当磁钢片离开霍尔元件上方 使霍尔元件的输出端高电平变为低电平。当磁钢片离开霍尔元件上方 后，霍尔元件输出端又恢复高电平。如此，点击每旋转一周，会使霍 后，霍尔元件输出端又恢复高电平。如此，点击每旋转一周，会使霍 尔元件的输出端产生一个低脉冲，可以通过检测单位时间内霍尔元件 尔元件的输出端产生一个低脉冲，可以通过检测单位时间内霍尔元件 输出端低脉冲的个数推算出直流电机的转速。 输出端低脉冲的个数推算出直流电机的转速。 本次设计中，调节 PWM 占空比进而控制直流电机转速，在本次设 本次设计中，调节 PWM 占空比进而控制直流电机转速，在本次设 计中，为了保护霍尔元件，故设定程序每 6 秒刷新一次数据，所以在