EDA步进电机控制
步进电机eda课程设计

步进电机eda课程设计一、教学目标本课程的目标是让学生了解和掌握步进电机的基本原理和应用,通过学习,学生应该能够:1.描述步进电机的工作原理和结构特点。
2.解释步进电机的运行原理和控制方法。
3.分析步进电机在不同应用场景下的性能表现。
4.设计简单的步进电机控制系统。
在技能目标方面,学生应具备:1.运用实验仪器和工具进行步进电机的调试和测试。
2.编写简单的步进电机控制程序。
3.分析和解决步进电机运行中的常见问题。
在情感态度价值观目标方面,学生应:1.培养对步进电机技术和应用的兴趣和好奇心。
2.培养团队协作和沟通交流的能力。
3.增强创新意识和实践能力,能够将理论知识应用到实际问题中。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分:1.步进电机的基本原理:介绍步进电机的工作原理、结构特点和运行方式。
2.步进电机的控制方法:讲解步进电机的控制原理和控制电路。
3.步进电机的应用:分析步进电机在不同领域的应用实例,如机器人、数控机床等。
4.步进电机的调试和测试:介绍步进电机的调试和测试方法,以及如何解决运行中的问题。
教学大纲安排如下:第1-2课时:步进电机的基本原理第3-4课时:步进电机的控制方法第5-6课时:步进电机的应用第7-8课时:步进电机的调试和测试三、教学方法为了提高教学效果,本课程将采用多种教学方法,包括:1.讲授法:讲解步进电机的基本原理、控制方法和应用。
2.案例分析法:分析具体的步进电机应用案例,让学生更好地理解步进电机的实际应用。
3.实验法:让学生亲自动手进行步进电机的调试和测试,增强实践能力。
4.讨论法:鼓励学生积极参与课堂讨论,培养团队协作和沟通交流的能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施,我们将准备以下教学资源:1.教材:《步进电机原理与应用》2.参考书:提供相关的学术论文和资料,供学生深入研究。
3.多媒体资料:制作课件和教学视频,帮助学生更好地理解步进电机的相关知识。
EDA技术在步进电动机驱动中的应用

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摘 要: 介绍一种 采用 E A技 术输 出 P D WM 控制 信号 ,
L PM ROM , PW M o to v fr d t r tr d whih se c n rlwa eo m a awe eso e c tp-
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产 生多路 P WM 电 流 波 形 , 多相 步进 电动 机 进 行 对 灵 活 的控 制 。若 改 变 R M 控 制 波 形 表 的 数 据 , O 增
E A技 术 在 步 进 电 动机 驱 动 中 的应 用 D
章小印 , 欧阳慧平
( 江西工业工程职业技术学院 , 江西萍 乡 3 75 3 05)
The App i a i n o lc to f EDA c o o y i ub vi e rv n f S e pi o o Te hn l g n S di d d D i i g o t p ng M t r ZHANG a — Y n, Xi o i OUY ANG i—pig Hu n
基于EDA的直流电机控制系统设计【范本模板】

吉林大学远程教育本科生毕业论文(设计)中文题目基于EDA的直流电机控制系统设计学生姓名张智专业机械电子层次年级13级本科学号21332107070001指导教师王昕职称副教授学习中心弘成宿迁成绩2015年10月9日摘要论文以直流电机为研究对象,应用了FPGA技术,设计出了一种全数字的步进电机控制系统。
本论文分析了直流电机工作原理及其具体的控制过程,并阐述了FPGA的设计原理以及所涉及的相关芯片,然后对所用的硬件语言VHDL 的知识进行简要地介绍,这些为论文的具体设计提供了理论基础。
本系统针对实现直流电机的调速,设计了一种符合要求的并连续可调的脉冲信号发生器,对整个系统进行模块化设计,并且每个子模块都通过了仿真测试。
系统采用模块化的设计思路,使系统的设计和维护更加方便,也提高了系统性能的可扩展性。
FPGA、VHDL以及EDA工具构成的数字系统集成技术,是本设计的核心部分,该技术具有操作灵活、利用广泛及价廉等特点.系统设计采用全数字化的控制方案,使系统更紧凑、更合理及经济节约。
由于系统的数字化,使整个系统运行得十分可靠,调试也极为方便。
关键词:直流电机,可编程门阵列,硬件描述语言目录一、绪论 (1)1.1课题背景 (1)1。
2研究的目的及其意义 (2)二、电机的基本知识 (4)2.1直流电机的特点 (4)2.2直流电机基本结构 (4)2。
2.1定子部分 (4)2.2.2转子部分 (5)2。
3直流电机工作原理 (6)2.4直流电机PWM调速原理 (6)三、FPGA与硬件描述语言 (8)3.1现场可编程逻辑器件 (8)3。
2硬件描述语言设计方法 (8)3。
2.1硬件描述语言发展概况 (8)3。
2.2 EDA简要介绍 (9)3。
2。
3采用硬件描述语言的设计流程 (10)四、设计原理及其实现过程 (11)4。
1直流电机PWM调速方案设计 (11)4.2FPGA内部逻辑组成 (12)4.3模块设计和相应模块程序 (13)4。
EDA步进电机控制设计.

河南科技大学课程设计说明书课程名称EDA技术题目步进电机控制学院车辆与动力工程学院班级学生姓名指导教师日期EDA技术课程设计任务书班级:姓名:学号:设计题目:步进电机控制一、设计目的进一步巩固理论知识,培养所学理论知识在实际中的应用能力;掌握EDA设计的一般方法;熟悉一种EDA软件,掌握一般EDA系统的调试方法;利用EDA软件设计一个电子技术综合问题,培养VHDL编程、书写技术报告的能力。
为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。
二、设计任务(1)控制步进电机的启动和停止;(2)控制步进电机的正转和反转;(3)电机速度可调并显示转速;三、设计要求(1)通过对相应文献的收集、分析以及总结,给出相应课题的背景、意义及现状研究分析。
(2)通过课题设计,掌握计算机组成原理的分析方法和设计方法。
(3)学习按要求编写课程设计报告书,能正确阐述设计和实验结果。
(4)学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中,认真查阅相应文献以及实现,给出个人分析、设计以及实现。
四、设计时间安排查找相关资料(1天)、设计并绘制系统原理图(2天)、编写VHDL程序(2天)、调试(2天)、编写设计报告(2天)和答辩(1天)。
1.江国强编著. EDA技术与实用(第三版). 北京:电子工业出版社,2011.2 .曹昕燕,周凤臣.EDA技术实验与课程设计.北京:清华大学出版社,2006.53.阎石主编.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,2003.4.Mark Zwolinski. Digital System Design with VHDL.北京:电子工业出版社,20085.Alan B. Marcovitz Introduction to logic Design.北京:电子工业出版社,2003指导教师签字:年月日步进电机控制摘要随着电子技术的发展,现场可编程门阵列FPGA和复杂可编程逻辑器件CPLD 的出现,使得电子系统的设计者利用与器件相应的电子设计软件,在实验室里就可以设计自己的专用集成电路ASIC器件。
EDA实验十 步进电机驱动设计

实验十步进电机驱动设计一、实验目的:1、了解步进电机的工作原理和控制实现的方法。
2、实现步进电机转动控制。
3、学会用于Verilog语言进行程序设计。
二、实验仪器设备1、PC机一台2、FPGA实验开发系统一套。
三、实验原理本实验采用的步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 步进电机工作示意图开始时,开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动,1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推,A、B、C、D四相绕组轮流供电,则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半,因此,八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
实验箱的电路原理图如下所示图2 步进电机驱动器图3锁存器四、实验内容及步骤设计一段程序,通过两个独立按键实现电机的正转、反转、转动模式。
(1)启动Quartus II 建立一个空白工程,选择的器件为Altera 公司的Cyclone 系列的EP2C8Q240C8芯片,命名为step_moto.qpf;(2)新建一个Schematic File 文件,命名为step_moto.bdf;(3)新建一个Verilog HDL File 文件,分别命名为stepmoto.v,输入程序代码并保存(对应源程序12),然后进行综合编译。
EDA技术实现三相双三拍异步电机控制。绝对有用!

《电子设计EDA技术》课程设计课题:三相双三拍步进电机环分电路设计院系:自动化班级:数控卓越111学号: 203110814姓名:刘陈砖目录一、摘要.................................2二、任务要求.............................2三、步进电机原理........................2四、方案设计.............................3五、操作过程..........................4六、仿真波形分析.........................5七、总结.................................6八、附件..................................7一、摘要:利用EDA技术进行对电子系统设计表达,VHDL则是目前通用硬件描述语言。
本次设计提出了一种利用VHDL语言设计电机控制器的思路,实现三相双三拍步进电机驱动电路的设计。
二、任务要求:三相双三拍步进电机环分电路设计:首先设定相序初值,而后每来一次脉冲降沿,相序按照AB BC CA AB的顺序变化,相应控制位置高电平。
三、步进电机原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
三相反应式步进电机,其定子的每相都有一对磁极,每个磁极都只有一个齿,即磁极本身,故三相步进电机有三对磁极共六个齿;其转子有四个齿,分别称为0、1、2、3齿。
步进电机以的双三拍工作时各相的通电顺序为:AB→BC→CA →AB四、方案设计4.1设计思路1、脉冲分配器设计-------控制步进电机的通电顺序鉴于双三拍的通电顺序为:AB→BC→CA→AB ,设计一个3进制的计数器:正转为“011→ 110→ 101”循环,反转为“101→ 110→ 011”循环。
2、频率发生器----------控制步进电机的调速通过脉冲频率即可控电机的转动速度3、方向锁存器----------控制步进电机的工作方式步进电机的状态分为停止、正转、反转。
EDA技术与电机控制

中南大学——EDA应用综述学院: 地球科学与信息物理学院专业班级: 生医 0901 班姓名:学号:指导老师:李凌云EDA技术与电机控制一、引言随着微电子技术和半导体工业的不断创新和发展,集成电路的集成度和生产工艺技术水平得到不断提高,从而使得在一个半导体芯片上完成系统级的集成已成为可能。
现代数字技术已进入电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)时代,这大大改变了现代电子系统设计的理念,极大地提高了大规模系统电子设计的自动化程度。
EDA设计方法学在各种电子系统设计中有着极大的影响和广阔的应用前景,当然在电机控制领域也不例外。
二、1 现代EDA设计方法可编程逻辑器件是从20世纪80年代开始迅速发展起来的,现在已经成ASIC(App lication Specific Integrated Circuit)的一个重要分支,在计算机应用、通信、智能仪表、医用设备、军事、民用电器等各个领域都得到了广泛的应用,并受到越来越多的关注。
它允许用户按照自己的设计思想对其进行重新编程或重构,因此属于可编程ASIC一类,并可进一步转化为掩模(mask)ASIC。
现代可编程逻辑器件主要指CPLD ( Comp lexProgrammable Logic Device,复杂可编程逻辑器件) 和FPGA ( Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)两种大容量的可编程逻辑器件,采用深亚微米工艺,能应用在不同的高科技研、发领域,如数字电路设计、微处理器系统、DSP、电信、可重构计算机及ASIC 设计等。
由于以EEPROM、SRAM 或FLASH为基础,用户可以通过计算机对芯片进行在系统编程( ISP)或在线重配置( ICR) ,不需要做掩模版图设计, 因而大大降低了成本, 缩短了开发时间。
现代EDA设计方法是伴随着大规模可编程逻辑器件CPLD /FPGA 的出现而诞生的,它改变了以卡诺图化简、小规模的TTL芯片的堆砌技术等为代表的传统数字电路设计模式,而是利用软件来设计硬件,软件的改变相应地改变了硬件电路结构,甚至在系统运行时改变系统的硬件结构,而不必重新布置器件管脚和设计系统电路,这用传统设计方法是无法实现的,它的出现打破了硬件电路和软件设计的传统界限。
步进电机控制器原理

步进电机控制器原理
步进电机控制器原理及工作方式
步进电机控制器是一种用于控制步进电机运动的装置,它通常由电源、控制电路和驱动电路组成。
步进电机控制器的主要功能是接收外部指令并将其转化为步进电机可识别的脉冲信号,以控制步进电机的转动角度和速度。
步进电机控制器工作的基本原理是通过不同频率和脉冲信号来驱动步进电机。
控制电路会接收到外部输入的指令信号,例如转动方向、转动角度和转动速度等,然后将这些指令信号转化为相应的脉冲信号。
这些脉冲信号会被传送到驱动电路中,驱动电路会根据脉冲信号的数量和频率来控制步进电机的转动。
在驱动电路中,通常会采用电子开关或者集成电路来控制电流和电压的变化,以实现对步进电机转动的精确控制。
通过改变脉冲信号的频率和数量,控制器可以改变步进电机的转速和转动角度,并且能够实现单步、微步或全步驱动。
步进电机控制器还可以通过编程的方式实现更复杂的控制功能。
通过编写程序,可以实现步进电机的速度曲线控制、加减速控制、位置控制等特定的运动控制要求。
综上所述,步进电机控制器通过接收外部指令并将其转化为脉冲信号,通过驱动电路对步进电机的电流和电压进行控制,从而精确地控制步进电机的转动角度和速度。
它是实现步进电机运动控制的重要组成部分。
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EDA技术设计报告《直流电机的PWM控制》电子信息工程学院通信2班顾问 2012214485一、EDA技术概述EDA(Electronic Design Automation)技术作为现代电子设计技术的核心,它依赖功能强大的计算机,在EDA工具软件平台上,对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件,自动地完成逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线),以及逻辑优化和仿真测试等项功能,直至实现既定性能的电子综合系统功能。
EDA技术使得设计者的工作几乎仅限于利用软件的方式,即利用硬件描述语言HDL和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。
二、硬件描述语言与所用软件简介2.1、Verilog HDL硬件描述语言功能介绍Verilog HDL是一种硬件描述语言,用于从算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的数字系统建模。
被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间。
数字系统能够按层次描述,并可在相同描述中显式地进行时序建模。
Verilog HDL 语言具有下述描述能力:设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。
所有这些都使用同一种建模语言。
此外,Verilog HDL语言提供了编程语言接口,通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计,包括模拟的具体控制和运行。
Verilog HDL语言不仅定义了语法,而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。
因此,用这种语言编写的模型能够使用Verilog仿真器进行验证。
语言从C编程语言中继承了多种操作符和结构。
Verilog HDL提供了扩展的建模能力,其中许多扩展最初很难理解。
但是,Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用,这对大多数建模应用来说已经足够。
当然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。
2.2、Quartus II软件综述Quartus II是Altera公司在21世纪初推出的FPGA/CPLD开发环境,是Altera前一代FPGA/CPLD开发环境MAX+PLUSII的更新换代产品,其优点是功能强大、界面友好、使用便捷。
Quartus II软件集成了Altera的FPGA/CPLD开发流程中所涉及的所有工具和第三方软件接口。
通过此开发工具,设计者可以创建、组织和管理自己的设计。
2.3、第三方仿真工具ModelSimModelSim仿真工具是由Model技术开发公司开发的目前业界最通用的仿真器之一,它支持Verilog和VHDL混合仿真,仿真精度高,仿真速度快。
其仿真版本繁多,与Altera相关的主要有ModelSim-Altera(即AE版本)、ModelSim SE 和ModelSim PE版本等。
三、设计原理3.1、直流电机PWM调速原理脉冲宽度调制(PWM)是一种模拟控制方式,其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。
PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号任然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。
电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,短的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
3.2、直流电机的PWM控制PWM信号可以由CPU产生,也可以油FPGA产生。
由CPU产生PWM信号时,是通过模拟比较器产生的,比较器的一端接一个给定的参考电压,另一端接周期线性增加的锯齿波电压。
当锯齿波电压小于参考电压时输出低电平,当锯齿波电压大于参考电压时就输出高电平。
所以改变参考电压就可以改变PWM波形的高电平的宽度,也就是改变PWM波形的占空比。
CPU产生PWM信号,需要D/A转换器产生锯齿波电压和设置参考电压,通过外接模拟比较器输出PWM,因此外围电路很复杂。
而用FPGA的数字PWM控制产生PWM信号,只需要FPGA部资源就可以实现,运用可编程逻辑器件,采用VerilogHDL硬件描述语言编程。
数字比较器的一端接设定值计数器输出,另一端接线性递增计数器输出。
如果线性计数器的技术值小于设定值就输出低电平,如果线性计数器的技术值大于设定值时输出高电平。
FPGA的数字PWM控制与模拟PWM控制相比,省去了外接的D/A转换器和模拟比较器,FPGA外部连线很少、电路简单、便于控制。
四、基本功能介绍4.1、功能简介本次设计制作了一个PWM信号电机控制系统,共有两个按键,其中,一个按键可以控制产生的PWM的宽度(即数字‘1’的时间长度),按下该按键,PWM 的宽度增加4096个主时钟宽度,从而达到电机加速的目的,共有16个档速,PWM 的宽度从0-4096*15个主时钟的宽度。
另外一个按键控制PWM波的输出与否,按下,如果PWM在输出,则停止输出,如果不在输出,则开始运行,从而实现对电机的开关控制。
同时,本系统部自行设定了一个5s定时器,可以实现每5S钟电机转向的反转。
4.2、设计原理框图4.3、顶层图电机控制系统Key_in[1] Key_in[0]Pwm_en指示信号Motoa电机a端Motob电机b端按键消抖及检测5s定时实现反转转速控制电机开关4.4、引脚说明输入: Clock:系统总时钟输入Rst_n:系统复位按键Key[1:0]:系统功能按键。
Key[1]控制PWM波从输出与否Key[0]控制电机转速,可加速输出: motoa,motob:电机的两个输入引脚pwm_en:pwm波指示:1--输出(即电机开启)0--停止(即无PWM输出)五、代码各部分模块介绍5.1、系统模块RTL视图5.2、系统各模块简介:5.2.1、pwm_logic模块简介引脚说明:输入:clk:总时钟信号rst_n:复位信号pwm_en:pwm使能信号duty_cycle:控制PWM宽度输出:pwm_out:PWM输出PWM_logic模块顶层视图5.2.2、pwm_logic模块原理介绍程序通过一个计数器来实现PWM的输出,通过duty_cycle来控制输出的PWM 波的占空比,PWM_en来实现PWM的输出与否。
核心程序如下:always (posedge clk) //计数器计数,pwm_en为使能信号beginif(!rst_n)counter <= 0;else if(pwm_en)counter <= counter + 1'b1;endalways (posedge clk) //PWM_out输出,程序根据判断计数器begin //counter【15:12】跟duty_cycle比较来实现 if(!rst_n) //PWM的输出,<则输出‘1’大于则输//‘0’.pwm_out <= 1'b0;else if (pwm_en & (counter[15:12] <= duty_cycle))pwm_out <= 1'b1;elsepwm_out <= 1'b0;end5.2.3、moto模块简介引脚说明:输入:clk:总时钟信号rst_n:复位信号Key[1:0]:按键输入PWM_in:PWM输入信号输出:duty_cycle:转速控制pwm_en: pwm使能信号Motoa:电机a端口。
Motob:电机b端口。
moto模块顶层视图5.3、moto模块原理介绍模块部原理:5.3.1、按键消抖及检测部分核心程序如下://按键消抖部分always (posedge clock)beginif(!rst_n)begindout1 <= 0;dout2 <= 0;dout3 <= 0;endelse if(div_clk) //div_clk是主时钟分频之后的时钟, Begin // 用于使能按键检测dout1 <= key;dout2 <= dout1;dout3 <= dout2;endend//按键边沿检测部分always (posedge clock)beginif(!rst_n)buff <= 0;else //按键检测,通过assign 语句对key_edge buff <= dout1 | dout2 | dout3; //赋值,保证了按键的消抖endassign key_edge = ~(dout1 | dout2 | dout3) & buff;5.3.2、时钟分频部分核心程序如下:always (posedge clock)beginif(!rst_n)begincount <= 0;div_clk <= 0;end//else if (count < 17'd120000)//else if (count < 17'd4000)else if (count < 17'd4)Begin //counter 计数器计数,通过判断 count <= count + 1'b1; //counter的大小来决定输出的频率 div_clk <= 1'b0;endelsebegincount <= 17'd0;div_clk <= 1'b1;endend5.3.3、5s定时及反转部分通过对计数器进行计数,计到5s,大约计数器等于30'h2FAF080时执行下列语句,来实现输出motoa,motob的反转。
moto_dir <= ~moto_dir;assign motoa = moto_dir ? pwm_in : 1'b0;assign motob = moto_dir ? 1'b0 : pwm_in;5.3.4、按键控制部分本程序共有两个按键,按键一通过控制duty_cycle的长度来控制PWM波的占空比,从而实现电机转速的控制。
按键二通过控制PWM_EN来实现PWM输出与否,从而实现电机的开关。