基于FPGA的直流電機測速控制系統設計

摘要：文章詳細的研究了FPGA控制電路對直流電機的控制，信號采集，信號處理及LED數碼管顯示。針對以往設計的不足，采用了以高度集成的FPGA芯片為核心的設計方式，來實現增量式光電編碼器輸出信號的處理。

關鍵詞：FPGA；直流電機；測速

中圖分類號：TM33文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）18-0110-01

基于FPGA電機轉速系統是工業和農業以及日常生活中不可缺少的一個系統。它的開發引起了廣泛的關注。轉速是指作圓周運動的物體在單位時間所轉過的圈數，它是電機極為重要的一個狀態參數。轉速檢測的快速性和精度將直接影響系統的效果和動靜態性能，如何提高測量精度，如何減輕工作人員的工作負擔，如何采取有效措施減少經濟損失，如何保障工農業順利進行等問題迫在眉睫。因此，電機測速系統的研究與實現具有了十分重要的意義。這個系統綜合采用了FPGA芯片、光電編碼器、光電耦合器、數碼管等技術相結合，提高電機轉速測量精度，有效杜絕測量不準確和誤測等現象的發生。

1基于EDA為核心的設計方案

采用FPGA應用控制，FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。應用FPGA設計該系統的框圖如圖1所示。

2系統開發工具及VHDL語言簡介

QuartusII是Altera公司的綜合性PLD開發軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardware

DescriptionLanguage）等多種設計輸入形式，內嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設計輸入到硬件配置的完整PLD設計流程。

QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl腳本完成設計流程外，提供了完善的用戶圖形界面設計方式。具有運行速度快、界面統一、功能集中、易學易用等特點。

3直流電機紅外探測測速電路設

測速電路用的是光耦測量轉動圓盤引起的脈沖寬度，從而可得FPGA的實時速度，精度很高，可達千分之一。用的是外部中斷的，在電機帶動轉盤的時候，轉盤上有一個狹縫，只有當轉盤到達狹縫的時候，紅外線傳感器是導通的，平常的時候傳感器都處于斷開的狀態，利用這一特點，我采用外部中斷的方式，每次斷開的時候采集一個信號，發生中斷，每發生一次中斷，就讓計數器計數一次，以這樣的方式來測量電機的轉速。

4結語

電機轉速的測量方法很多，其中利用基于FPGA的電機轉速測速系統來測量電機轉速具有分辨力高、慣性小、反應時間快、抗干擾能力強、適用于瞬態轉速的測試，測量電機轉速簡便，使得FPGA應用廣泛流傳。

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