EDA技术应用 龚江涛电子教案项目14电子课件..ppt

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1、电子设计自动化技术课程课件项目十四步进电机控制器VHDL设计一、项目描述步进电机是最常用的工业控制伺服电机。本项目是要在CPLD上设计一个三相步进电机控制驱动电路要求具有启动/停止、连续/单步、正转/反转、8档加速/8档减速等功能。1.项目任务一、项目描述2.项目目标序号类别目标一知识点了解步进电机控制的原理掌握独立按键控制的设计方法。掌握状态机设计方法。学会用VHDL语言状态机进行数字系统设计二技能技能掌握由原理图文件生成VHDL程序的方法掌握复杂时序逻辑电路的层次性设计方法掌握原理图及VHDL混合设计方法三职业素养学生的沟通能力及团队协作精神良好的职业道德质量、成本、安全、环保意

2、识二、项目资讯三相步进电机控制由三个定子线圈组成，电机的定子分成六个等分的磁极。相邻的两个磁极之间的夹角为60°，相对的两个磁极构成一组（A-A’,B-B’,C-C’）当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有5个均匀分布的矩形小齿，电机转子上有40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。如图所示二、项目资讯控制原理（1）当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。因此，错齿是促使步进电机旋转的原因。（2）运转速度的控制。通过调节脉冲的周期就可以控制步进电机的运转速度。（3）旋转的角度控制。

3、本项目控制3相步进的运转，按照3相6拍方式令其正转和反转，因此在CPLD的输出口输出代码的周期T控制了电机的运转速度。正转：AABBBCCCAA反转：AABBBCCCAA三、项目分析1.系统功能分析一般步进电机的控制包含脉冲发生电路、环形脉冲分配电路、控制逻辑及正反控制门、功率放大电路等多个模块。能进行启动、停止、正转、反转、八步加减调速，并且有单步功能。能够对键盘扫描进行消除抖动，要求软件消抖。三、项目分析2.硬件电路设计8位独立按键硬件电路如图所示。在实验开发板上用三个LED代表三对绕组对，即步进电机的三相三、项目分析3.软件设计思路与项目8相同，采用自顶向下的设计方法，并采用混

4、合设计方法。步进电机可以分解成键盘的扫描触发、按键防抖设计、按键的扫描码编码、环形控制模块、输出驱动五大功能子模块以及一个顶层模块。子模块全部可以采用VHDL语言来设计。顶层模块对功能子模块的连接，采用原理图设计来实现。三、项目分析步进电机模块框图三、项目分析三、项目分析三、项目分析三、项目分析三、项目分析控制信号产生模块三、项目分析三、环分模块三、项目分析三、环分模块四、项目实施微机一台（WindowsXP系统、安装好QuartusⅡ5.0等相关软件）EDA学习开发板一块USB电源线一条ISP下载线一条。硬件平台准备四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法(1)创建工

5、程在D:alteraQuartus50examplestep下建立项目step3_6，选择EPM240T100C5作为目标器件建立并编辑dev_count.vhd、key.vhd、key_f.vhd、step3_6.vhd、stepermot.bdf四个文件。（2）建立编辑VHDL设计文件四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法(3)各子模块单独编译、仿真键盘扫描计数器仿真结果键盘扫描仿真结果四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法键盘代码转换仿真结果键盘消抖仿真结果四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法KEY_al8总仿真结果键盘

6、控制信号仿真结果四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法步进电机输出仿真结果四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法(4)建立编辑顶层原理图设计文件右键点击seccount.vhd，在弹出的菜单中选择CreateSymbolFilesforcurrentFile，创建seccount.vhd文件的图元右键点击key4*4.vhd，在弹出的菜单中选择CreateSymbolFilesforcurrentFile，创建key_al8.vhd文件的图元创建顶层原理图文件step3_6.bdf，在原理图编辑窗口双击鼠标左键，在弹出的Symbol窗口中的Librar

7、y栏中，单击Project前面的加号，在展开目录中可以找到刚才通过key4*4.vhd文件创建的3个图元。四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法编辑完成顶层原理图设计文件四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法整个项目全编译，并进行波形仿真四、项目实施——1.QuartusⅡVHDL设计输入法（5）引脚分配根据设计实体结构和硬件电路要求，对引脚进行引脚分配。（6）编程下载完成全编译，进行器件下载编程。四、项目实施2.硬件电路调