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EDA技術應用 龔江濤電子教案項目14電子課件..ppt

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電子設計自動化技術課程課件項目十四 步進電機控制器VHDL設計 一、項目描述步進電機是最常用的工業控制伺服電機。本項目是要在CPLD上設計一個三相步進電機控制驅動電路要求具有啟動/停止、連續/單步、正轉/反轉、8檔加速/8檔減速等功能。1. 項目任務一、項目描述2. 項目目標二、項目資訊三相步進電機控制由三個定子線圈組成,電機的定子分成六個等分的磁極。相鄰的兩個磁極之間的夾角為60°,相對的兩個磁極構成一組(A-A’,B-B’,C-C’)當某一繞組有電流通過時,該繞組相應的兩個磁極形成N極和S極,每個磁極上各有5個均勻分布的矩形小齒,電機轉子上有40個矩形小齒均勻分布在圓周上,相鄰兩個齒之間夾角為9°。如圖所示二、項目資訊控制原理(1)當某一相繞組通電時,對應的磁極就產生磁場,并與轉子轉動一定的角度,使轉子和定子的齒相互對齊。因此,錯齒是促使步進電機旋轉的原因。(2)運轉速度的控制。 通過調節脈沖的周期就可以控制步進電機的運轉速度。(3)旋轉的角度控制。 本項目控制3相步進的運轉,按照3相6拍方式令其正轉和反轉,因此在CPLD的輸出口輸出代碼的周期T控制了電機的運轉速度。 正轉:A AB B BC C CA A 反轉: A AB B BC C CA A三、項目分析1.系統功能分析一般步進電機的控制包含脈沖發生電路、環形脈沖分配電路、控制邏輯及正反控制門、功率放大電路等多個模塊。能進行啟動、停止、正轉、反轉、八步加減調速,并且有單步功能。能夠對鍵盤掃描進行消除抖動,要求軟件消抖。三、項目分析2.硬件電路設計8位獨立按鍵硬件電路如圖所示。在實驗開發板上用三個LED代表三對繞組對,即步進電機的三相 三、項目分析3.軟件設計思路 與項目8相同,采用自頂向下的設計方法,并采用混合設計方法。步進電機可以分解成鍵盤的掃描觸發、按鍵防抖設計、按鍵的掃描碼編碼、環形控制模塊、輸出驅動五大功能子模塊以及一個頂層模塊。子模塊全部可以采用VHDL語言來設計。頂層模塊對功能子模塊的連接,采用原理圖設計來實現。三、項目分析步進電機模塊框圖 三、項目分析三、項目分析三、項目分析三、項目分析三、項目分析控制信號產生模塊三、項目分析三、環分模塊三、項目分析三、環分模塊四、項目實施微機一臺(Windows XP系統、安裝好Quartus Ⅱ5.0等相關軟件)EDA學習開發板一塊USB電源線一條ISP下載線一條。硬件平臺準備 四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 (1) 創建工程 在D:\altera\Quartus50\ example\step下建立項目step3_6,選擇EPM240T100C5作為目標器件建立并編輯dev_count.vhd、key.vhd、key_f.vhd、step3_6.vhd、stepermot.bdf四個文件。(2)建立編輯VHDL設計文件四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 (3) 各子模塊單獨編譯、仿真 鍵盤掃描計數器仿真結果 鍵盤掃描仿真結果 四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 鍵盤代碼轉換仿真結果 鍵盤消抖仿真結果 四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 KEY_al8總仿真結果鍵盤控制信號仿真結果四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 步進電機輸出仿真結果四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 (4) 建立編輯頂層原理圖設計文件 右鍵點擊seccount.vhd,在彈出的菜單中選擇Create Symbol Files for current File,創建seccount.vhd文件的圖元 右鍵點擊key4*4.vhd,在彈出的菜單中選擇Create Symbol Files for current File,創建key_al8.vhd文件的圖元 創建頂層原理圖文件step3_6.bdf,在原理圖編輯窗口雙擊鼠標左鍵,在彈出的Symbol窗口中的Library欄中,單擊Project前面的加號,在展開目錄中可以找到剛才通過key4*4.vhd文件創建的3個圖元。 四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 編輯完成頂層原理圖設計文件 四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 整個項目全編譯,并進行波形仿真四、項目實施——1. QuartusⅡ VHDL設計輸入法 (5)引腳分配 根據設計實體結構和硬件電路要求,對引腳進行引腳分配。(6)編程下載 完成全編譯,進行器件下載編程。四、項目實施2.硬件電路調試及排故 電路調試: 1.根據項目需要,接通電源后,觀察步進電機是否停止,在矩陣鍵盤上只設置了5個有用的鍵,分別為啟動/停止、八步加速調節,八部減速調節、單步,正/反轉。按下相應鍵,觀察清零是否正常。按下單步鍵時必須在啟動/停止鍵為停止狀態才有效,觀察調節是否正常。故障分析及排除: 1. 正反轉錯位時,CPLD輸出與驅動要注意匹配,只需將step的輸出高低電平顛倒即可。 2.當4*4矩陣鍵盤單獨建立項目時,也可以采用頂層原理圖設計輸入法來實現,完成后再把原理圖轉換為VHDL語言程序,并和它的子VHDL程序一并調入步進電機控制器項目中,再分別調試編譯。五、項目評價與總結提高 1.項目評價標準 五、項目評價與總結提高2.項目總結 本該設計采用了。Quartus II原理圖VHDL混合設計的一般步驟為:建立編輯子模塊VHDL文件、子模塊編譯、子模塊仿真、子模塊生成圖元、頂層原理圖設計、頂層編譯仿真及編程下載等。3.拓展與提高 在3相6拍輸出的基礎上,改為3相3拍。采用動態掃描電路的方法,把轉速顯示在數碼管上,作為速度指示器。謝謝觀賞謝謝觀賞謝謝觀賞謝謝觀賞
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