正是由于电子设备的日益完善和高速发展,我们可以确定本课题——基于FPGA的直流电机控制电路设计是一项切实可行,有意义的设计,而且会有更多的电路结构会运用到这类新型的电子技术。
1.2 本课题的研究意义
直流电机广泛的存在于社会生活中,并随着社会发展一同进步。例如无轨电车、空调、传送带、电风扇、工厂机床和很多其他此类需要经常切换工作模式,经常开启关闭以及频繁调速的电气仪器设备,都用到了直流电机。而如此广泛、大量的使用正是由于其固有的特性和优势所决定的:1 宽广平滑的调速特性;2 良好的启动特性等等,鉴于这些优点直流电机被广泛的使用于社会生活的各个环节中。
控制能力,一直是直流电机一项最重要功能之一,大部分的直流电机均是使用了脉宽调制(PWM)这一方法实现控制机能。普遍情况下,直流电机的控制能力,仅仅存在两种不同的工作方式:①模拟电路的控制方式;②数字电路控制方式。然而,出现较早的模拟电路控制方式由于比较复杂,并且其稳定性能不高,调试电路难度较高等因素,正逐步的被淘汰掉了。而对于数字电路的控制电路,那些基于FPGA设计出的PWM控制器有非常多的优点:①精准度高,反应快;②易于被调试;③电路简洁明了;④便于被控制,外接线较少。综合这些优点,基于FPGA的 PWM控制被人们广泛的使用,因此研究FPGA具有非常重要的意义以及良好的使用前景[4]。
本课题的研究目的在于:
(1)了解直流电机脉宽调制控制技术的发展情况,熟悉EDA技术及相关软件的使用。
(2)研究直流电机脉宽调制控制原理,基于FPGA可编程芯片,运用EDA硬件描述语言设计电路各模块功能。
(3)应研究本课题的需要,需要熟练掌握EDA设计技术的编程方法,设计开发过程,培养学习能力,熟悉仿真软件,并掌握电子产品设计的要点。
1.3 课题国内外研究现状
1.4 课题主要研究内容及论文结构安排
1 研究的内容
(1)查找与课题相关的文献以及书籍资料,从而对直流电机的结构、主要技术指标,电机的工作原理和调速原理、直流电机的控制器以及直流电机的PWM调制有了清晰地认识和初步的了解。
(2)通过查阅资料,了解发展直流电机性能指标、工作效率以及控制原理。
(3)分析应用了FPGA的PWM控制电路的工作原理、理论以及实际的实现方法。得出较为理想的设计方案——模块化设计。其中包括PWM控制模块的设计、仿真等等,以实现正转、反转等技术要求。
(4)着重学习数字电路设计软件——QUARTUSⅡ软件,并用之设计数字系统。在此期间,自学QuartusⅡ软件的基本运用和仿真方法,摸索此软件的仿真原理和设计理念,进而设计出完整的逻辑电路。
(5)设计过程中,用到Verilog HDL语言编写控制代码,以此完成FPGA内部逻辑电路模块的搭建,进而对旋转方向进行控制,并使得速度的测量等技术指标得以实现。
(6)通过对硬件结果的仿真,更加直观、清楚的验证逻辑电路的功能。以理论联系实践,从而达到毕业设计的要求。
(7)学习了画图软件——VISIO的使用,并完成了报告中部分图片的绘制。
2 本文的内容安排
第二章——阐述了直流电机的背景知识,结构特点、基本性能参数、技术指标及其工作原理等相关理论知识。
第三章——对基于FPGA的直流电机的pwm调速原理进行相关研究
第四章——比较分析三种不同的硬件语言,并且,重点分析了Verilog HDL语言和开发平台QuartusⅡ的使用过程。
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