基于FPGA的電機轉(zhuǎn)速測速系統(tǒng)設(shè)計

摘  要
　　　在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常工作生活中對機器設(shè)備的各方面要求越來越高，溫度控制，電機測速等都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題。我們之所以研究基于FPGA的電機轉(zhuǎn)速測速系統(tǒng)，那是迫于時代發(fā)展的需要。隨著科技的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們在對運動物體的速度量進行測量時由于器件選擇不當(dāng)產(chǎn)生了誤差,從而直接或間接地影響了測量結(jié)果的精度，這就滿足不了生產(chǎn)和生活的需要。于是我們提出一種使用增量式光電編碼器對運動物體速度進行測量的方法,避免了上述誤差的產(chǎn)生,節(jié)約了成本而且實現(xiàn)簡單,理論上可以達(dá)到更高的精度。
　　　基于FPGA的速度測量系統(tǒng)設(shè)計,以QuartusⅡ為軟件平臺,采用模塊化設(shè)計并通過數(shù)碼管驅(qū)動電路靜態(tài)顯示最終結(jié)果。具有外圍電路少,集成度高,可靠性強等特點。
　　　接下來本文詳細(xì)的研究了對增量式光電編碼器脈沖信號進行倍頻、鑒向、計數(shù)器分頻、鎖存、運算、數(shù)據(jù)位選擇和顯示。首先，介紹了FPGA的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，光電編碼器的原理、FPGA的發(fā)展史、它的設(shè)計方法，它的原理與特點，可編程邏輯器件的基本設(shè)計思想，一般性可編程邏輯設(shè)計的理論，光電耦合器以及數(shù)碼管顯示；其次，針對以往設(shè)計的不足，采用了以高度集成的FPGA芯片為核心的設(shè)計方式，來實現(xiàn)增量式光電編碼器輸出信號的處理。編碼器輸出的數(shù)據(jù)在FPGA芯片中進行倍頻、鑒相、計數(shù)、鎖存、運算、數(shù)據(jù)位選擇等傳輸處理；最后，所得的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)碼管顯示。

目    錄
1 引言 1
1.1 目的及意義 1
1.2 研究現(xiàn)狀及前景 1
2 FPGA和器件介紹 2
2.1 FPGA概述 2
2.1.1 FPGA設(shè)計方法 2
2.1.2 FPGA原理及特點 3
2.1.3 FPGA的設(shè)計流程 3
2.1.4 VHDL程序基本結(jié)構(gòu) 4
2.2 光電編碼器簡介 6
2.2.1光電編碼器的工作模型 6
2.2.2 光電編碼器的分類 7
2.2.3 光電編碼器的工作原理 7
2.3 光電耦合器簡介 9
2.4七段數(shù)碼管簡介 10
3 系統(tǒng)開發(fā)工具 12
3.1 QuartusⅡ7.2簡介 12
3.2 軟件的運行環(huán)境 12
4電機轉(zhuǎn)速測量原理 13
4.1 數(shù)字測量方法 13
4.1.1 M法測速 13
4.1.2 T法測速 13
4.1.3 M/T法測速 14
4.2三種測速方法的精度指標(biāo) 15
4.2.1 分辨率 15
4.2.2 測速誤差率 16
4.3測速方法的比較和選擇 17
5 系統(tǒng)總體設(shè)計 18
5.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 18
5.2 總體設(shè)計 18
5.2.1 系統(tǒng)主要模塊的劃分 18
5.2.2 各個模塊的功能 18
6 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 19
6.1 詳細(xì)功能設(shè)計 19
6.1.1系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
6.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
6.2.1 倍頻、鑒向模塊 20
6.2.2 計數(shù)模塊 21
6.2.3 時鐘模塊 22
6.2.4 鎖存模塊 24
6.2.5 運算模塊 25
6.2.6 譯碼模塊 27
6.3 整體模塊設(shè)計 27
6.4 本章小節(jié) 28
7 系統(tǒng)調(diào)試與運行 29
7.1 系統(tǒng)測試 29
7.2 結(jié)果分析 30
8 總結(jié)與展望 32
8.1 總結(jié)與展望 32
致謝 33
參考文獻 34
附錄 35
外文資料 42