基于CPLD的直流电机驱动及转速测量与控制系统的研制

论文编号:ZD369  论文字数:27949,页数:72，有开题报告，任务书，文献综述

【摘要】本设计介绍用Alter公司的CPLD器件实现对直流电机的高精度、宽范围的调速控制方案。本系统的控制对象是直流侍服电动机，运用VHDL硬件描述语言实现各模块的功能，从来实现系统对电机的测速、调速、控制以及报警保护的功能，并完成系统调试和仿真。系统的测速硬件是利用光电式码盘这种非接触性光电传感器。系统调速控制是利用反馈回路中的比较电路来完成。系统的仿真实在MAXPLUSⅡ软件中完成。系统还设计了一套直流电动机驱动电源，给出了电子电路图。系统对驱动电源电压的和电动机转速的显示用的是LED七段译码显示器。基于CPLD直流电动机控制系统大大简化了控制电路，实践证明其工作可靠、实用。
【关键词】CPLD  VHDL    直流电动机控制   驱动电源   MAXPLUSⅡ

The research of DC motor drive, control and
 Speed measuring system based on CPLD
 
【Abstract】It is realize with CPLD device , Alter of Company high accuracy , wide range in direct current machine transfer and controlling the scheme rapidly to recommend to design originally. Control of system this target whether direct current is it obey motor to wait upon, use VHDL hardware describe language realize every function of module, always function that the implementation system protects to testing the speed , adjusting speed , control and reporting to the police of electrical machinery, combine completion system debugging and emulation . The systematic one tests the speed the hardware utilizes photo electricity type one yard of such untouchable photoelectric sensors. System is it is it is it feedback comparison circuit of return circuit finish to utilize to control rapidly to adjust. Systematic emulation is really finished in MAXPLUSⅡ software. System design a direct current motor urge the power , provides the electronic circuit diagram also. To urge power voltage and whom display, motor of rotational speed spend LED seven decipher display system. Having simplified the control circuit greatly because of CPLD direct current motor control system, practice has proved it works reliably, practical.
【Keywords】CPLD; VHDL; The direct current motor controlling ;Drive power; MAXPLUSⅡ
  目　录
 
 摘要  ……………………………………………………………………………………Ⅰ
 Abstract …………………………………………………………………………………Ⅱ
第一章 直流电机工作原理…………………………………………………………………1
 1.1 电机的发展…………………………………………………………………………1
 1.2 直流电机工作原理…………………………………………………………………1
 1.3 直流电动机工作原理………………………………………………………………2
 1.4 调速系统的性能指标………………………………………………………………2
 1.4.1 稳态性能指标………………………………………………………………2
 1.4.2 动态性能指标………………………………………………………………3
第二章 可编程逻辑器件(CPLD)和VHDL语言简介………………………………………4
 2.1 电子设计自动化（EDA）…………………………………………………………4
     2.1.1 EDA技术……………………………………………………………………4
     2.1.2 EDA与电子系统设计………………………………………………………4
        2.1.3 EDA的基本工具……………………………………………………………5
 2.2 FPGA/CPLD简介…………………………………………………………………6
    2.3 VHDL语言简介……………………………………………………………………8
 2.4 MAXPLUS II简介…………………………………………………………………9
第三章 直流电机驱动及转速测量与控制系统的方案比较…………………………………12
    3.1 概述 ………………………………………………………………………………12
 3.2 实现方案的比较…………………………………………………………………12
     3.2.1 微机控制……………………………………………………………………13
     3.2.2 DSP芯片为核心的电机控制系统…………………………………………13
 3.3 转速测量方案比较………………………………………………………………14
 3.3.1基于CPLD的M/T测速法………………………………………………14
 3.3.2基于反射式光电传感器的直流电机测速…………………………………15
 3.3.3基于光码盘传感器的直流电机测速………………………………………15
 3.4转速控制方案比较…………………………………………………………………16
     3.4.1改变电源电压调速（一般用于他励式）…………………………………16
     3.4.2改变励磁回路的外串电阻…………………………………………………17
 3.5系统电源方案比较…………………………………………………………………17
     3.5.1电容降压式直流供电电路…………………………………………………17
     3.5.2开关型直流功率放大器……………………………………………………18
 3.6 本设计总体设计方案……………………………………………………………18
第四章 硬件电路的VHDL语言实现……………………………………………………19
 4.1 转速测量与控制系统的各子模块构成及原理…………………………………19
 4.1.1分频模块……………………………………………………………………19
        4.1.2计数模块……………………………………………………………………20
   4.1.3 移位寄存模块………………………………………………………………26
   4.1.4比较模块……………………………………………………………………28
 4.1.5 PWM模块…………………………………………………………………29
   4.1.6动态显示模块………………………………………………………………31
 4.1.7 键盘输入模块………………………………………………………………35
 4.1.8堵转报警保护………………………………………………………………41
 4.2 仿真结果及分析…………………………………………………………………44
第五章 硬件设计……………………………………………………………………………45
 5.1 用CPLD为核心的直流电机驱动及转速测量与控制系统的硬件实现(含PLD底层引脚分配图)

 …………………………………………………………………45
 5.1.1测速系统设计………………………………………………………………45
        5.1.2速度信号采样电路…………………………………………………………45
 5.2 系统电源的硬件设计……………………………………………………………46
 5.2.1直流电机驱动电源设计……………………………………………………46
 5.3 外围接口电路的设计……………………………………………………………47
        5.3.1键盘电路设计………………………………………………………………47
   5.3.2 LED七段译码显示器………………………………………………………48
   5.3.3高速数字光电耦合器………………………………………………………49
 5.4 硬件总体设计与连接……………………………………………………………49
第六章 系统调试……………………………………………………………………………51
 6.1 系统功能调试……………………………………………………………………51
 6.2 测试方法和数据…………………………………………………………………51
 6.3 结论………………………………………………………………………………53
小 结…………………………………………………………………………………………54
参考文献……………………………………………………………………………………55
致 谢…………………………………………………………………………………………56
附录A：CPLD芯片底层引脚图…………………………………………………………57
附录B：CPLD芯片内部资源分配图………………………………………………………58
附录C：CPLD各个模块连接图……………………………………………………………59
附录D：显示、键盘与时钟电路……………………………………………………………60
附录E：电源电路、速度采样电路、报警电路……………………………………………61
附录F：仿真波形图…………………………………………………………………………62
附录 G：软件总体原理图……………………………………………………………………66

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