基于FPGA的直流电机测速控制系统设计

基于FPGA的直流电机测速控制系统设计

摘要：文章详细的研究了FPGA控制电路对直流电机的控制,信号采集,信号处理及LED数码管显示。针对以往设计的不足，采用了以高度集成的FPGA芯片为核心的设计方式，来实现增量式光电编码器输出信号的处理。

关键词：FPGA；直流电机；测速

基于FPGA电机转速系统是工业和农业以及日常生活中不可缺少的一个系统。它的开发引起了广泛的关注。转速是指作圆周运动的物体在单位时间所转过的圈数，它是电机极为重要的一个状态参数。转速检测的快速性和精度将直接影响系统的效果和动静态性能，如何提高测量精度，如何减轻工作人员的工作负担，如何采取有效措施减少经济损失，如何保障工农业顺利进行等问题迫在眉睫。因此，电机测速系统的研究与实现具有了十分重要的意义。这个系统综合采用了FPGA芯片、光电编码器、光电耦合器、数码管等技术相结合，提高电机转速测量精度，有效杜绝测量不准确和误测等现象的发生。

1基于EDA为核心的设计方案

采用FPGA应用控制，FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。应用FPGA设计该系统的框图如图1所示。

2系统开发工具及VHDL语言简介

QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardware

DescriptionLanguage）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快、界面统一、功能集中、易学易用等特点。

3直流电机红外探测测速电路设

测速电路用的是光耦测量转动圆盘引起的脉冲宽度，从而可得FPGA的实时

速度，精度很高，可达千分之一。用的是外部中断的，在电机带动转盘的时候，转盘上有一个狭缝，只有当转盘到达狭缝的时候，红外线传感器是导通的，平常的时候传感器都处于断开的状态，利用这一特点，我采用外部中断的方式，每次断开的时候采集一个信号，发生中断，每发生一次中断，就让计数器计数一次，以这样的方式来测量电机的转速。

4结语

电机转速的测量方法很多，其中利用基于FPGA的电机转速测速系统来测量电机转速具有分辨力高、惯性小、反应时间快、抗干扰能力强、适用于瞬态转速的测试，测量电机转速简便，使得FPGA应用广泛流传。

参考文献：

[1] 杨文元.光电编码器分类及应用[J].仪表技术与传感器, 1994(1):35-37.

[2] 潘松,黄继业,陈龙.EDA技术与VerilogHDL[M].北京:清华大学出版社,2010.

[3] 赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津:天津大学出版社,1999.

[4] 孙桂荣,班莹,刘鸣.电机转速测量设计实验[J].实验室科学, 2005,(4):50-53.

[5] 葛红,黄河,吴继明.VHDL设计指南[M].北京:机械工业出版社,2005.