1、 摘要：摘要： 步进电机作为一种电脉冲-角位移的转换元件，由于具有价格低 廉、 易于控制、 无积累误差和计算机接口方面等优点， 在机械、 仪表、 工业控制等领域中获得了广泛的应用。 本次课程设计就是用 FPGA 控 制直流电机，使其实现变速，正反转等功能，掌握 PWM 控制的工作 原理。 本次设计的直流电机，主要有以下三个功能： 转速调节，分为一、二、三、四档，每增加一档，转速加快。设 计原理是改变 PWM 信号的占空比，具体分析将在下面介绍。 正反转控制，调节正反转按键时，电机能够改变转动方向。设计 原理是按键按下时改变加在电机两端的电压极性，具体分析将在 下面介绍。 转速显示，电机的转速能
2、够正确显示在数码管上。设计原理是设 计一个频率计，测试电机的转速，输出到数码管上显示。 关键词：关键词：步进电机，FPGA，PWM，VHDL - 1 - 目录目录 一一 任务解析任务解析2 1.1 设计要求设计要求.2 1.2 要求分析要求分析.2 二二 设计原理设计原理3 2.1 电机驱动原理电机驱动原理.3 2.2 步距细分原理步距细分原理.3 2.3 FPGA 直流电机驱动控制电路原理直流电机驱动控制电路原理4 2.4 转速控制模块转速控制模块.4 2.5 正反转控制模块正反转控制模块.7 2.6 转速显示模块转速显示模块.8 2.7 消抖电路设计消抖电路设计9 三三 总结总结.10 四
3、四 参考文献参考文献.11 附附.12 - 2 - 一、任务解析一、任务解析 1.设计要求设计要求 本次设计要求利用 PWM 控制技术实现直流电机的速度控制， 要 求电机的速度分为 4 档，要有数字显示其档位。要求能够控制电机的 转动方向；能够通过红外光电电路测得电机的转速，能够显示电机的 转速。 2.要求分析要求分析 根据设计要求，可以大致勾勒出系统的组成模块：1.转速控制模 块：应设计一个按键，每按一下，速度调节一个档位 2.正反转控制模 块：应设计一个按键，当按键按下时，电机能够改变转动方向。3.显 示模块：能够在数码管上正确显示电机的转速。 由此分析，可以画出系统原理框图如下： PWM
4、模块 电机转速预置 PWM参考频率 电机速度级别显示 GND 22MUX A B S Y1 Y2 电机正转 电机反转 电机方向控制 去抖动电路 参考频率 电机转速脉冲信号 频率计 1Hz 电机转速显示 电机速度 控制模块 图 1 直流电机控制原理框图 - 3 - 二、设计原理二、设计原理 1.电机驱动原理电机驱动原理 步进电机的驱动是靠给步进电机的各相励磁绕组轮流通以电流， 实现步进电机内部磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。 若步进 电机只有四相，TA、TB、TC、TD为步进电机 A、B、C、D 四相励磁绕 组分别通电时产生的磁场矢量；当给步进电机的 A、B、C、D 四相 轮流通电时， 步进电机的内部磁场从 TA-TB-TC-TD， 即磁场 产生了旋转。 一般当步进电机内部磁场变化一周时电机的转子转过了 一个齿距。由此步进电机的步距角 rN MB ，Nr 为步进电机的转子 齿数，M为步进电机运行时两相邻稳定磁场之间的夹角。M与电机 的相数和电机的运行拍数有关。相数越多，拍数越多，可以实现步距 角的细分，但是由于通过各相绕组的电流是开关量，只能通过
