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图4-22 常数模块图 30
图4-23 系统流程图 31
图4-24 系统总图编译 32
图4-25 系统总图仿真波形 32
1 绪 论
1.1 课题研究的目的和意义
随着时代进步与发展，速度一词用在越来越多的地方，如汽车速度，电机转速等。为了能够快速精确的测量出电机的转速，人们用着不同的方法，不同的测速系统，例如：单片机测速等等。其中基于FPGA的电机测速系统相比于其他测速系统，设计简单，系统可靠性高，是必不可少的测速系统之一。因此，运用FPGA芯片设计的电机测速系统将会得到广泛的应用。首先介绍转速测量前，我们先对转速这一概念进行简单介绍。转速一般用来形容物体做圆周运动的快慢程度，而电机的转速是指电机轴每秒钟转动的圈数[1]。习惯上我们都是以每分钟多少转来描述电机转速。火车运行，我们需要对其速度进行测量，生产设备电机的旋转，我们也需要对其测量，而且要求速度快，准确度高。因此，如何精确高效的测量出电机在生产运行过程中转速状态是一个必不可少的重要环节。本次电机测速系统设计是以FPGA芯片为核心，利用光电编码器和光电耦合器对信号进行采集，然后运用FPGA芯片采集的信号，再通过FPGA内部程序进行处理计算得出电机实际转速，最终通过数码管动态显示方式测得电机转速。这样的系统提高了电机转速测量的速度与精度。
1.2 本课题的研究现状及分析
经过几十年的科学建设，数字化测量方法与仪器在生活生产中应用十分广泛，科学技术也日益发达。我国是数字化测量仪器的生产规模比较大的国家。其中数字化测量系统是仪器仪表生产中不可缺少的环节。为了更好更快的发展我国相关产业，高效率，高精准度的数字化测量方法是一个重要的发展战略[2]。
FPGA是上个世纪发展起来的可编程逻辑器件。伴随着电子自动化的发展趋势，将设计系统高度集成，以减少硬件电路的使用是未来微型计算机的发展方向。FPGA有着独特的优势，它可以将复杂的硬件电路高度集成，全部移植到一块小小的芯片上。此外FPGA芯片设计，将会比硬件电路构成的系统稳定。
目前，单片机主流的种类有很多，可以根据不同的需求选择不同的单片机。单片机的发展是以CPU为主，CPU功能的强大，寿命长，耗电量低，运行速度快。此外单片机的外围端口设计也是不可或缺的部分，I/O口多功能化，高度集成化。最后单片机的发展也将会偏向于微型化。总的来说，单片机发展将会趋于以下几个方面。
微型化，集成化，多功能化。此外更多还要考虑单片机的成本，系统运行稳定性以及低功耗运算速度快的特点。
到目前为止，国内外测量电机速度的方法根据不同的器件，不同的方法，不同的设计思想分为好多种。
以往的电机测速装置主要采用测速发电机，由于换向器与电刷之间存在摩擦力，所以增加了旋转转矩；电刷接触时电压降低，产生噪音等等；以及电枢电压降低引起的输出电压不稳定现象[3]。
目前采用最多的是光电测量法，光电编码器可以将模拟信号转换成数字信号，光电测量方法具有灵敏度高，体积小的特点。其中以光电编码器为主的测量系统较多，因为其测量的范围广，测量时系统响应速度快，并且测量的精确度比其他测量器件高，应用前景什么广泛，是电机测速的主流方向。
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