Verilog HDL 之 直流電機PWM控制

一、實驗前知識準備

在上一篇中總結了步進電機的控制，這次我將學習一下直流電機的控制，首先，我們簡要了解下步進電機和直流電機的區(qū)別。

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

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

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

1、什么是直流電機

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

2、什么是PWM

PWM（脈沖寬度調制）是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，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行控制的一種非常有效的技術。

3、開發(fā)平臺中直流電機驅動的實現(xiàn)

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

圖1.1 直流電機的驅動部電路

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、實驗目標

1、了解直流電機PWM的控制方法。

2、具有調速功能。

四、實驗實現(xiàn)

詳細實現(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

5 //-------------------------------------------------------------------------------------------------

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

13 input Dir ; //控制方向

14 input ［1:0］ spd_sel ; //控制轉速

15

16 output ［1:0］ MA ; //電機控制

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; //設定周期時間的一半

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

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）如何控制順時針轉和逆時針轉？（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。

結論：

（1）以MA_r［0］為準，當狀態(tài)0的時間大于狀態(tài)1的時間時，電機逆時針轉動；反之，電機順時針轉動。

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）和預設值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，當數(shù)值設置為5000時，就會得到最慢的速度了。

3、由設計文件生成的.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；rst接復位信號；Dir接按鍵，控制轉動方向；clk接系統(tǒng)時鐘；spd_sel接2個按鍵，調節(jié)轉動速度；MA接直流電機。

5、實驗結果

通過撥動開關控制開關、轉速、方向。

有興趣的可以和上一篇進行對比，加深印象。