Smart SOPC基于FPGA的直流电机控制系统设计
毕业论文关键词 直流电机 FPGA PWM 闭环控制 Verilog Nios
Title DC motor control system design based on FPGA
Abstract This paper, based on Smart SOPC platform, dc motor as the research object, designs a dc motor control system based on FPGA. System uses the Smart SOPC platform by means of photoelectric encoder to realize motor speed feedback, realizing the closed-loop control of PWM dc motor speed. This paper firstly introduces the working principle of DC motor, and then introduces the design principle of PWM and FPGA. Then it introduces two kinds of methods to control the motor speed. The first is the Verilog programming, by writing Verilog code, and through the simulation and download a series of operations to achieve the control of motor. The second is to realize the control Nios core, through the creation of Nios soft core, and through the control of C language is to achieve the control of motor.
Keywords DC motor Field Programmable Gate Array Pulse Width Modulation Closed-loop control Verilog Nios
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究目的及内容 2
2 直流电机的基本知识 2
2.1 基本概念 2
2.2 工作原理 3
2.3 控制原理（PWM ） 3
3 FPGA 及相关语言简介 5
3.1 FPGA 简介 6
3.2 Verilog HDL 硬件描述语言 7
3.3 Nios 处理器简介 9
4 系统设计方案的确立 11
4.1 电机控制实现方案 11
4.2 硬件描述语言设计与传统技术设计 11
4.3 Verilog HDL 和 VHDL 硬件描述语言 12
5 系统设计方案的实现 13
5.1 硬件设计方案 13
5.2 算法实现方案 15
6 各个相关模块的设计 17
6.1 Verilog 各模块设计 18
6.2 Nios 软核设计 23
结论 27
致谢 28
参考文献29
附录 130
附录 231
附录 332
1 引言 1．1 课题背景 1.1.1 选题依据及意义 随着电子技术的发展，特别是专用集成电路（ASIC）设计技术的日趋完善，数字化的电子自动化设计（EDA）工具给电子设计带来了巨大变革，尤其是硬件描述语言的出现，解决了传统电路原理图设计系统工程的诸多不便。针对以上情况，本课题提出了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）或现场可编程门阵列（FPGA）的直流电机控制电路设计。 利用 CPLD／FPGA 作为硬件电路，采用 VerilogHDL 等硬件描述语言对硬件的功能进行编程，可以加快系统的研发进程，采用数字化的控制方式，可以大幅度提高逻辑控制的精确度，使实时控制效果显著改善。实践证明 CPLD／FPGA 芯片可以代替传统的复杂的电路，而且可以大比例地缩小电路的硬件规模文献综述，提高了集成度，降低开发成本，提高系统的可靠性，为控制电路的设计开辟新的天地。FPGA 的优点可以归纳为如下几点：效能，上市时间，成本，可靠性和长期维护五个方面。