基于fpga多通道直流电机控制器设计

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1、第2O卷第l6期电子设计工程2012年8月Vol_20No．16ElectronicDesignEngAug．2012基于FPGA的多通道直流电机控制器设计易龙龙，张复春，王美玲，郝雁中(中国人民解放军空军航空大学航空理论系，吉林长春130022)摘要：设计了一种基于FPGA的多通道直流电机控制系统，充分利用FPGA并行控制的特点，采用自顶而下的设计方法．将系统划分为转速测量模块。并行控制模块，PWM生成模块，电机驱动模块。采用VerilogHDL语言实现完成了对多通道直流电机的控制。通过QuartusII自带仿真功能对系统进行时序仿真表明系统结构简单，且具有良好

2、的功能扩展性。关键词：FPGA：PWM；多通道；并行中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1674—6236(2012)16-0171—03Designofamulti-channelDCmotorcontrollerbasedonFPGAYiLong-long，ZHANGFu·chun，WANGMei-ling，HAOYan—zhong(DepartmentofAviationTheory，AviationUniversityofAirForce，Changchun130022，China)Abstract：Amulti-channelDCmotorco

3、ntrolsystemhasbeendesignedbasedonFPGA，whichusedthemethodoftop-down，anddividedthesystemintorevmeasuremodule，parallelcontrolmodule，createPWMmoduleandmotordrivemodule．Itrealizedthecontroltomulti-channelDCmotorbasedonVerilogHDLThetimingsimulationthroughQuartusIIindicatesthesystemhassimple

4、structureandexcellentexpandability．Keywords：FPGA；PWM；multi-channel；parallel机电一体化系统中常需要产生多通道PWM信号以完成—匪亟固一亟亘对多台电机进行协调控制。而传统控制系统仍然采用单片机FPGA；内部的定时，计数器来产生所需要的PWM信号，但由于定时，—匪固一卫厦塑计数器及10端口数量的限制，单个单片机控制器常不能满足多通道电机并行控制的要求【一。而FPGA内部程序并行运图1系统结构框图行，不同逻辑任务可同时执行，使其工作更有效率，且其具有Fig．1Structureofthesyste

5、m丰富的逻辑资源和I／O引脚资源。文中采用Altera公司时钟信号降低为系统所需的标准频率。计数模块对霍尔传感CycloneII系列的EP2C8Q208芯片．采用模块化的设计方法，器输入脉冲进行计数以完成对电机转速的测量。并行控制模以四台无刷直流电机为控制对象，完成了多通道的直流电机块通过计数模块的计数结果决策PWM信号的占空比。PWM控制器的设计．有效地缩小了设计规模，节约了设计成本。生成模块通过并行控制模块输出的占空比信号生成PWM波形。如图2所示。1系统整体设计I坌塑卜——1———————=T————本系统采用自顶向下的设计思路，将系统主要分为以下模块：FP

6、GA控制模块、电机驱动模块，转速检测模块I41。如图霍k矗区壹-匝。⋯_一1：一⋯一：一。一l所示。本系统以FPGA为控制核心，通过程序设定控制电机霍,)、塾卜I叫鲞,鱼丝t型卜l+l!卜I_／+O速度的PWM信号的占空比．由FPGA的I／O口输出给直流电机驱动电路以完成对直流电机的驱动。电机转速测量由霍尔图2FPGA内部模块框图传感器完成．反馈给FPGA计数模块，通过计数结果以决策Fig．2ModulechartinFPGA电机控制状态。文中将着重介绍FPGA控制模块及各部分的2各功能模块设计功能设计与实现方法。设计中将FPGA控制模块又分为分频模块，计数模块。

7、2．1电机驱动模块并行控制模块．PWM生成模块4部分。分频模块把外部高频本设计中直流电机驱动模中采用sT公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片L298P，内含两个H桥的高电压收稿日期：2012—05—02稿件编号：201205012作者简介：易龙龙(1988一)，男，湖北广水人，硕士研究生。研究方向：智能检测与控制。一l7l一《电子设计工程12012年第16期大电流全桥式驱动器，采用标准rIrrL逻辑电平信号控制。由L298P构成的脉宽调速电路如图3所示。在图中．L298P可驱动两个直流电机，可以分别控制它们的转速、转向、运转与停止。图中ENA、ENB分别控制两

8、个电机的运