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摘 要

本文研究的是基于FPGA的直线电机的驱动，本文所使用的开发软件是QuartusⅡ，QuartusⅡ是由MAX plusⅡ演化而来的一种新的FPGA开发软件，它使用起来更加高效，功能更加完善。它具有灵活的设计环境，可以更加便捷的进行器件的结构设计、代码编辑、程序下载。与传统电机的控制器相比，这种新的FPGA控制器具有更加灵活的控制器接口，更加快速的计算效率，更加方便的移植性，更加容易实现直线电机的驱动控制。研究基于FPGA的直线电机控制系统具有十分重要的意义。

针对上述电机控制器所需要解决的问题，本文给出一种基于FPGA的电机驱动控制方案，包括系统控制方案、FPGA控制方案、DAC控制方案、显示方案；给出了具体的FPGA电路设计图、DAC电路设计图、显示电路设计图；并介绍以QuartusⅡ为开发软件的VHDL语言的编辑、设计、使用方法，主要包括电路结构设计、软件代码编辑，在实验中主要进行的是DAC输出脉冲波程序和数码管输出程序的编辑，然后在FPGA芯片中下载生成的下载程序；最后通过模拟实验，包括上电运行实验、DA转换实验、数码管输出实验验证了FPGA电机驱动的可行性。

关键词：FPGA 电机驱动 DAC 数码管 VHDL

Application research of linear motor drive based on FPGA

Abstract

This paper studies the linear motor driver based on FPGA, this article selects Quartus as software development platform, Quartus FPGA integrated development environment is in the previous generation of MAX plus updated products, friendly interface, easy to use it provides a design environment, has nothing to do with the structure, can be more convenient to carry on the design input and rapid processing and device programming controller based on FPGA in compared with the traditional controller has the short design cycle, good portability, flexible controller interface, faster calculation speed, easy to realize the advantages of the motor control It is of great significance to study the linear motor control system based on FPGA.

Aiming at the difficult problem of ultrasonic motor drive control, this paper proposes the motor drive control scheme based on FPGA, including system control scheme, FPGA control scheme, DAC control scheme and display scheme. The FPGA circuit design drawing, DAC circuit design drawing and display circuit design drawing are given. And introduce with Quartus Ⅱ VHDL language for developing software of editing, design, application method, including circuit design, software code editor, mainly in the experiment to the DAC output pulse application and digital tube output program editing, and then download download a program generated in the FPGA chip; Finally, the feasibility of FPGA motor drive is by mang simulation experiments like power-on operation experiment, DA conversion experiment and digital tube output experiment.

Key Words：FPGA Motor drive DAC Digital tube VHDL

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的意义与背景 1

1.2 FPGA技术的国内外发展与应用现状 2

1.3 基于FPGA的电机驱动研究现状 3

1.4 本文主要研究内容 6

第二章 直线电机驱动整体设计方案 7

2.1 引言 7

2.2 系统控制方案 7

2.3 FPGA控制方案 8

2.4 DAC控制方案 8

2.5 显示方案 9

2.6 本章小结 10

第三章 硬件电路设计 11

3.1 引言 11

3.2 FPGA电路设计 11

3.3 DAC电路设计 13

3.4 显示电路设计 14

3.5 本章小结 15

第四章 软件程序设计 16

4.1 引言 16

4.2 QUARRTERII软件操作 16

4.3 DAC输出脉冲波程序 20

4.4 数码管动态输出 21

4.4 本章小结 23

第五章 模拟实验 25

5.1 引言 25

5.2 上电运行试验 25

5.3 DA转换实验 25

5.4数码管输出实验 29

5.5 本章小结 30

第六章 经济性分析 32

第七章 结论 33

参考文献 34

致谢 37

第一章 绪论

1.1 课题研究的意义与背景

电机是一种应用电磁感应效应将电能转换为机械能以满足人们生产使用的电磁装置，小到遥控玩具，大到飞机船舶，可以说电机在人类社会的方方面面都有着广泛的应用。自1821年首台电动机问世以来，无数科学家前赴后继，电机的控制理论愈加完善。时至如今，人们对电机控制的要求也越来越高，主要体现在电机的运行成本和持续可运行能力。在最高效的控制电机驱动器成本的基础上提高电机在极端条件下的运行能力是当代科学工作人员关于电机驱动研究的重点^[1-2]。在过去，落后的单片机往往存在很多缺陷和限制，尤其体现在计算速度和结构设计方面，科学家们在寻求低成本设计结构和高速运行能力的道路上遇到了很多挫折。当前，最普遍的做法就是通过DSP（一种高性能的信号处理器）驱动控制电机，大大提高控制器运行速度，降低生产成本。

1970年电子设计自动化（EDA）技术的出现使得人们不必再手动进行电路的设计布线，通过一种基于现场可编程门阵列（FPGA)的数字系统通过数字信号对电机进行驱动控制的方法产生了，这种新方法的出现为点击的驱动控制开辟出了一条新的道路。FPGA芯片由IOB、CLB、DCM、RAM组成。具体芯片结构如图1-1所示。

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