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直流電機pwm控制的fpga實現(編輯修改稿)

2025-08-26 02:09 本頁面

　

【文章內容簡介】數器輸出周期性線性增加的鋸齒波。當計數值小于設定值時，數字比較器輸出高電平；當計數值大于設定值時,數字比較器輸出低電平，由此產生周期性的PWM波形。其內部邏輯圖如圖6所示。圖 6 FPGA中的PWM脈寬調制信號產生電路可控的加減計數器CNTA中的端口U_D控制計數器的方向，EN1是計數器的使能端，控制計數器初值的變化。U_D=1時，加減計數器CNTA在脈沖CLK2的作用下，每來一個脈沖，計數器CNTA加1，U_D=0時，每來一個脈沖，計數器CNTA減1。使能端EN1設定計數器值的初值，當EN1由1變為0的時候，無論U_D如何表化，計數器的值都不會發生變化，這樣就完成了計數器的設定值，其仿真波形如圖7所示。圖 7 細分計數器的仿真波形二進制計數器電路模塊CNTB是一個簡單的5位二進制計數器，它的工作原理和CNTA的原理很相似，我們只是在CNTA的時鐘端加了一個使能端EN1控制其加減的方向。而CNTB的時鐘端沒有加使能端，所以每來一個脈沖計數器加1，因為CNTB是一個5位的二進值計數器，所以當計數器的值當大于32時，計數器又重新從0開始記數，從而產生周期性的線性增加的鋸齒波。其仿真波形如圖8。圖8 5位二進制計數器仿真波形數字比較器模塊數字比較器是產生PWM波形的核心組成部件，可控的加減計數器CNTA和5位二進制計數器CNTB同時加數字比較器LPMCOMPARE兩端作為兩路輸入信號，當計數器CNTB輸出值小于細分計數器CNTA輸出的規定值時, 比較器輸出高電平。當CNTB輸出值大于細分計數器CNTA輸出的規定值時, 比較器輸出低電平。改變細分計數器的設定值, 就可以改變PWM輸出信號的占空比。為了便于觀察防真波形，我在CNTB的輸出加上B[4..0]，仿真波形如圖9。圖9 數字比較器的仿真波形細分計數器電路模塊細分計數器CNTA是一個雙向計數器, 可以進行加減計數,由U_D控制其加/減計數方向, CLK是計數時鐘輸入端。為了便于連續變速控制, 在計數器的CLK端通過“與”門, 加入了CLK2外部變速控制附加時鐘, 并由EN1信號控制是否允許變速。在本次設計中直流電機轉速進行了32級細分。，細分計數器的初值我設為08H，也就是十進值的8，當計數器CNTB的值小于8時，AGB輸出高電平，當計數器CNTB的值大于8時，AGB的輸出值為低電平，從而產生PWM波形。圖10 A[4..0]=08H時電機加速PWM波形通過改變細分計數器的值就可以改變PWM的占空比，從而改變直流電機的速度。在圖11中占空比D=8/32=，=4/32=。通過以上兩組數據比較以及分析仿真波形我們可以看出，只要改變使能端電平的高低，便可以改變細分計數器的值，也就是改變細分計數器CNTA的初值，從而可以改變直流電機的占空比，改變直流電機的速度。圖11 A[4..0]=04H時電機減速PWM波形調節PWM波的占空比是電機調速的重要手段，若脈寬計數器CNTA的值逐漸增大，輸出脈沖的開啟時間變大，PWM占空比逐漸變大，功率器件輸出給電機電樞的能量增加，電機加速。若脈寬計數器定時器CNTA的值減小，輸出脈沖的開啟時間變小，PWM占空比逐漸變小，功率器件輸出給電機電樞的能量減少，電機減速。當電機得到加速信號，占空比增大至它可調范圍的最大值后保持，電機得到減速信號，占空比減小至它的可調范圍的最小值后保持。邏輯控制模塊如圖12所示FPGA中的工作/停止控制和正/反轉方向控制電路，其兩個二選一多路選擇器加上兩個與門根據邏輯原理組合而成。START鍵通過“與”門控制PWM輸出,實現對電機的工作/停止控制。當START端接高電平時，表示電源接通，電機開始運轉；當START端接低電平時，電機停止運轉。Z/F鍵控制選擇PWM波形是從正端Z進入H橋，還是從負端F進入H橋，以控制電機的旋轉方向。當Z/F=1時PWM輸出波形從正端Z進入H橋，電機正轉。當 Z/F =0時PWM輸出波形從負端F進入H橋，電機反轉。仿真如圖13所示。圖12 FPGA中的工作/停止控制和正/反轉方向控制電路圖13 正/反轉工作控制電路波形當START=1時，與門打開，允許電機工作。當START=0時，與門關閉，電機停止轉動。仿真如圖14所示。圖14　工作/停止電路波形電路的總仿真圖鍵盤Z_F是電機的方向控制鍵。當要求電機正轉時，只需要按下鍵Z_F，表示Z_F輸出高電平，即Z_F=1，電機正轉，如圖17所示。當鍵Z_F松開

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