Verilog HDL 之 直流電機(jī)PWM控制

一、實驗前知識準(zhǔn)備

在上一篇中總結(jié)了步進(jìn)電機(jī)的控制，這次我將學(xué)習(xí)一下直流電機(jī)的控制，首先，我們簡要了解下步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)的區(qū)別。

（1）步進(jìn)電機(jī)是以步階方式分段移動，直流電機(jī)通常采用連續(xù)移動的控制方式。

（2）步進(jìn)電機(jī)采用直接控制方式，它的主要命令和控制變量都是步階位置；直流電機(jī)則是以電機(jī)電壓為控制變量，以位置或速度為命令變量。

（3）直流電機(jī)需要反饋控制系統(tǒng)，他會以間接方式控制電機(jī)位置。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)多半以“開環(huán)方式”進(jìn)行操作。

1、什么是直流電機(jī)

輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

2、什么是PWM

PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

3、開發(fā)平臺中直流電機(jī)驅(qū)動的實現(xiàn)

開發(fā)板中的直流電機(jī)的驅(qū)動部分如圖1.1所示。利用FPGA設(shè)計一個0、1組成的雙極性PWM發(fā)生器。

圖1.1 直流電機(jī)的驅(qū)動部電路

二、實驗平臺

Quartus II 7.2 集成開發(fā)環(huán)境、SOPC-MBoard板、ByteBlaster II 下載電纜

三、實驗?zāi)繕?biāo)

1、了解直流電機(jī)PWM的控制方法。

2、具有調(diào)速功能。

四、實驗實現(xiàn)

詳細(xì)實現(xiàn)步驟請參考 【連載】 FPGA Verilog HDL 系列實例--------8-3編碼器

1、在設(shè)計文件中輸入Verilog代碼。

1 //--------------------------------------------------------------------------------------------------

2 // Title ： pwm

3 // Author ： liwei

4 // Generated ： Thu Jun 16 22:30:12 2005

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6 `timescale 1ns / 1ps

7

8 module pwm （ enable ， rst ， Dir ， clk ， spd_sel ， MA ）;

9

10 input rst ;

11 input clk ;

12 input enable ; //控制開關(guān)

13 input Dir ; //控制方向

14 input ［1:0］ spd_sel ; //控制轉(zhuǎn)速

15

16 output ［1:0］ MA ; //電機(jī)控制

17

18 reg ［15:0］ cntReg;

19 reg ［15:0］ cnt;

20 reg ［15:0］ cnt_r;

21 reg pulseout;

22 reg ［1:0］MA_r ;

23

24 parameter period = ‘d10000;

25 assign MA = MA_r ;

26

27 always @ （posedge clk or negedge rst ）

28

29 begin

30 if （ ！rst） //復(fù)位

31 begin

32 cntReg 《=#1 16’b0;

33 cnt 《= #1 16‘b0;

34 pulseout 《= #1 1’b0;

35 end

36 else

37 if （enable == 1‘b0） MA_r 《= 2’b00;

38 else

39 begin

40 MA_r［0］ 《= pulseout ;

41 MA_r［1］ 《= ~pulseout;

42

43 if （Dir == 1‘b1） cntReg 《= cnt_r ;

44 else if （Dir == 1’b0） cntReg 《= period - cnt_r ;

45

46 cnt 《= cnt +1 ;

47 if （cnt ==cntReg-1） pulseout 《= #1 1‘b1; //設(shè)定周期時間的一半

48 else if （cnt == period-1） //設(shè)定的周期時間

49 begin

50 pulseout 《= #1 1’b0;

51 cnt 《= #1 ‘b0;

52 end

53 end

54 end

55

56 always @ （ spd_sel ）

57 begin

58 case （spd_sel）

59 2’b00 ： cnt_r 《= period-‘d3500 ;

60 2’b01 ： cnt_r 《= period-‘d2500 ;

61 2’b10 ： cnt_r 《= period-‘d1750 ;

62 2’b11 ： cnt_r 《= period-‘d1000 ;

63 endcase

64 end

65

66 endmodule

2、分析

思考：（1）如何控制順時針轉(zhuǎn)和逆時針轉(zhuǎn)？（2）速度的大小如何控制的？

第38行~第53行：由2個引腳控制生成雙極性PWM發(fā)生器。

結(jié)論：

（1）以MA_r［0］為準(zhǔn)，當(dāng)狀態(tài)0的時間大于狀態(tài)1的時間時，電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動；反之，電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。

那且看上面代碼中是如何控制狀態(tài)0的時間和狀態(tài)1的時間長短的。不難看出，時間長短是由方向變量Dir（第43、44行）和預(yù)設(shè)值cnt_r（第59行~第62行）決定。可以好好體會一下。

（2）速度的快慢是由占空比決定的，占空比越大，速度越快。當(dāng)然，這里指的是比值大于1。

占空比是如何確定的呢？這是由第59行~第62行中的數(shù)值確定的，這些數(shù)值可以自己定義，但必須在0~10000之間，這里所說的占空比是指不小于的值，當(dāng)數(shù)值設(shè)置為5000時，就會得到最慢的速度了。

3、由設(shè)計文件生成的.bsf文件，其外接接口如圖1.2所示。

圖1.2 外接接口圖

4、引腳分配

enable接按鍵，控制開關(guān)；rst接復(fù)位信號；Dir接按鍵，控制轉(zhuǎn)動方向；clk接系統(tǒng)時鐘；spd_sel接2個按鍵，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動速度；MA接直流電機(jī)。

5、實驗結(jié)果

通過撥動開關(guān)控制開關(guān)、轉(zhuǎn)速、方向。

有興趣的可以和上一篇進(jìn)行對比，加深印象。