基于FPGA+MCU的伺服电机控制器设计

论文编号:JD1079  论文字数:11967,页数:47

摘  要
 本文首先对通用伺服控制平台项目做了整体的设计规划，并着重分析了基于FPGA的电机接口模块的设计和核心算法，给出相应的接口电路，并对等精度算法和设计思路在ALTERA QUARTUS 9.0的环境下进行了仿真，在实验电路上进行了测试。主要目的在于研究出一款高性能的基于FPGA的伺服电机接口模块。
关键词：伺服控制平台 FPGA 等精度算法 电机接口模块

  
 
 
 THE DESIGN OF FPGA+MCU BASED SERVO
MOTOR CONTROLLER
ABSTRACT

 This first general-purpose of this dissertation is the overall project design and planning for the servo control platform, and also it analyzed the core algorithms for the FPGA based interface design. Given a appropriate interface circuit ,An equal precision algorithms designed with FPGA is introduced．It adopts Verilog Hardware
Description Language to implement in servo motor interface modules ,and adds pulse width measurement on the base of traditional frequency measurement, and the HDL was simulated in the ALTERA QUARTUS 9.0 environment. Intended to design a high-performance FPGA-based servo motor interface module. 
 Keywords：servo control platform  FPGA  equal precision algorithm  servo motor interface module
 
 
  
 

目  录
 摘要
 ABSTRACT
 1引言 ……………………………………………………………………1
 1.1项目背景  ……………………………………………………………1
 1.2研究意义  ……………………………………………………………1
 2 系统组成………………………………………………………………2
 2.1 运动控制器 …………………………………………………………2
 2.1.1 MCU功能  …………………………………………………………2
 2.1.2 FPGA功能 …………………………………………………………2
 2.1.3光电隔离模块功能   ………………………………………………2
 2.2伺服驱动器  …………………………………………………………2
 2.2.1常用伺服驱动器简介 ………………………………………………2
 2.3伺服电机………………………………………………………………3
 2.3.1伺服电机简介………………………………………………………3
 2.3.2伺服电机工作原理…………………………………………………4
 2.3.3伺服电机的控制……………………………………………………4
 2.4HMI ……………………………………………………………………4
 2.5控制器上位机部分……………………………………………………4
 2.5.1上位机功能…………………………………………………………4
 2.6以太网模块……………………………………………………………4
 2.6.1以太网模块功能……………………………………………………4
 3 FPGA接口模块详细介绍………………………………………………5
 3.1实现功能………………………………………………………………5
 3.1.1 速度控制模块  ……………………………………………………5
 3.1.2 位置控制模块  ……………………………………………………5
 3.1.3 CPU接口模块 …………………………………………………………6
 3.2速度与位置检测算法讨论………………………………………………6
 3.2.1M法……………………………………………………………………6
 3.2.2T法…………………………………………………………………6
 3.2.3等精度测频算法……………………………………………………6
 3.2.4高精度数字测速算法………………………………………………9
 3.3速度与位置控制算法…………………………………………………20
 3.4硬件部分…………………………………………………………………14
 3.4.1ALTERA FPGA介绍 ……………………………………………………14
 3.4.2FPGA硬件部分  ………………………………………………………14
 3.4.2.1电源及晶振部分 …………………………………………………14
 3.4.2.2内存及FLASH ……………………………………………………15
 3.4.2.3主芯片……………………………………………………………15
 3.4.2.4JTAG下载…………………………………………………………16
 3.4.3输入输出光电隔离…………………………………………………17
 3.4.3.1输入光电隔离模块………………………………………………17
 3.4.3.2输出光电隔离模块………………………………………………18
 3.5软件部分 ………………………………………………………………18
 3.5.1 verilog HDL编程语言介绍 ………………………………………18
 3.5.2输入输出端子定义……………………………………………………18
 3.5.3寄存器定义…………………………………………………………19
 3.5.4FPGA架构………………………………………………………………20
 3.5.5主要模块介绍 ……………………………………………………20
 4 仿真实验结果 ……………………………………………………………22
 5 应用案例 …………………………………………………………………24
 6 结论 ………………………………………………………………………26
 谢辞
 参考文献
 附录