基于FPGA的步进电机控制系统的数字硬件设计研究

论文编号:TX175  论文字数:14225,页数:47

 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

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