Finally, this design through simulation debugging of software Quartus II end up at the same simulation waveform and the expected results, verify the correctness of the design scheme and feasibility.

The paper is shown in figure 27, table 0, bibliography 20.

Key Words: FPGA   Brushless dc motor  PWM  Speed control system  

目  录

摘要 I

Abstract II

目录 IV

图清单 VI

1 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2课题发展状况 2

1.3本设计的主要思路及任务 2

1.4本章小结 3

2 无刷直流电机的调速方案 4

2.1无刷直流电机的概念 4

2.2无刷直流电机的结构 4

2.3无刷直流电机的工作原理 5

2.4系统的调速方案比较 5

2.5本章小结 6

3 基于FPGA的无刷直流电机调速系统的总体设计 7

3.1系统的功能 7

3.2系统的总体设计架构 7

3.3系统的工作原理 8

3.4本章小结 8

4 调速系统的FPGA内部电路设计及仿真 9

4.1系统的控制芯片选择 9

4.2 FPGA内部电路设计 9

4.3本章小结 19

5 调速系统的其他硬件电路设计 20

5.1 A/D转换模块 20

5.2 串口通信模块 21

5.3转子位置检测模块 22

5.4电流检测模块 23

5.5速度检测模块 24

5.6驱动模块 24

5.7系统总原理图 26

5.8本章小结 26

6 结论 27

参考文献 29

致谢 30

图清单

图序号 图名称 页码

图2-1 无刷直流电机结构示意图 4

图3-1 无刷直流电机调速系统总体结构示意图 7

图4-1 FPGA芯片的JTAG模式配置电路 10

图4-2 调速程序流程图 11

图4-3 PWM调速程序电路图 12

图4-4 五位二进制比较器 12

图4-5 五位二进制比较器仿真波形 13

图4-6 可控加减计数器 13

图4-7 可控加减计数器仿真波形 14

图4-8 五位二进制计数器 14

图4-9 五位二进制计数器仿真波形 14

图4-10 二选一数据选择器原理图 15

图4-11 二选一数据选择器 15

图4-12 二选一数据选择器仿真波形 15

图4-13 PWM波形仿真1 16

图4-14 PWM波形仿真2 16

图4-15 逻辑换相构造示意图 17

图4-16 直流无刷电机驱动器原理图 17

图4-17 换相电路程序设计 18

图4-18 换相电路波形仿真

18

图5-1 ADS7842连接原理图

20

图5-2 MAX232A电路原理图 21

图5-3 霍尔元件安装示意图 22

图5-4 霍尔传感器输出信号示意图 23

图5-5 电流检测模块信号放大电路 23

图5-6 驱动模块原理图 25

图5-7 系统总原理图 26

1 绪论

电动机主体和驱动器是无刷直流电动机两个主要组成部分，这种电动机撇去了老式电动机内置的电刷与换向器，取而代之的是由晶体管构成的换向电路，故又将其命名为无换向器电机。这种电机除了保留传统直流电机的优点外，构造精致简易、运行稳定高效、操作简单便捷等几大优势也是其能够立足于当今市场的原因，这也使其受到了各种工业领域的青睐。虽然这种电机有着如此多的优点，但其调速控制系统始终存在着许多缺陷。

迄今为止，无刷电机的调速系统按照信号类型的不同大致分为两大派别：模拟式和数字式 [1]。尽管随着数字电路技术和电机控制技术的空前发展，各类五花八门的电机调速系统集成模块也大量投入使用，但是其自始至终存在着调节困难、调速范围小、控制精度低等劣势，在某些领域内的应用效果差强人意。

因此，研究基于FPGA控制的调速系统成为了当今调速方面的热门话题。FPGA可以根据不同的需要来调整不同的性能。在FPGA 中，设计者可以根据不同的需求嵌入若干个处理器，实现多种嵌入式系统，也可配合使用功能强大的DSP，然后，采用其所支持的其他的定制代码、逻辑语言以及各种网络协议，进而对系统内的各个子系统实行单独控制。由于FPGA具有并行特性，因此它能够实现用于构建电机控制系统的各个子模块的集成。不仅如此，设计人员还可以利用精度可调、运算较快的浮点DSP模块来实现对磁场的定向控制以及其他计算量较大的算法[2]。