【正文】 PWM 控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制來等效地獲得所需要的波形。 如下圖 所示，設(shè)定值計 數(shù)器設(shè)置 PWM 信號的占空比。當(dāng) U\D=1，輸入CLK2，使設(shè)定值計數(shù)值的輸出值增加， PWM 的占空比增加，電機轉(zhuǎn)速加快；當(dāng) U\D=０，輸入 CLK2 使設(shè)定值計算器的輸出值減小， PWM 的占空比減小，電機轉(zhuǎn)速變慢。在 CLK０的作用下，鋸齒波計數(shù)器輸出周期性線性增加的鋸齒波。當(dāng)計數(shù)值小于設(shè)定值時，數(shù)字比較器輸出低電平；當(dāng)計數(shù)值大于設(shè)定值時，數(shù)字比較器輸出高電平，由此產(chǎn)生周期性的 PWM 波形。旋轉(zhuǎn)反向控制電路控制直流電動機轉(zhuǎn)向和啟 /停，該電路由兩個２選１多路選擇器組成， Z\F 鍵控制選擇 PWM 波形從正端 Z 進(jìn)入 H橋，還是從負(fù) 端進(jìn)入 H橋，以控制電機的旋轉(zhuǎn)方向。 START 鍵通過“與”門控制 PWM 的輸出，實現(xiàn)對電機的工作 /停止控制。Ｈ橋電路由大功率晶體管組成， PWM 波形通過方向控制電路送到 H橋，經(jīng)功率放大以后驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。 直流電機 測控 儀 第 9 頁 共 51 頁 圖 PWM控制電路原理圖 3 程序設(shè)計 總體程序設(shè)計思路 程序總體設(shè)計分為時鐘控制信號模塊、十進(jìn)制計數(shù)模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、 pwm 控制模塊、 十六位鎖存模塊 。設(shè)計思路為十進(jìn)制計數(shù)器對霍爾器件的脈沖數(shù)計數(shù)，時鐘控制在到了六秒時將計數(shù)值鎖存到 16 位鎖存器，顯示模塊的點陣 LED 顯示鎖存器所鎖 存的值以及設(shè)計者名字，同時鍵盤模塊送出鍵盤所按得鍵值控制直流電機轉(zhuǎn)速的增減。 時鐘控制信號程序設(shè)計 時鐘控制信號中要為下級鎖存模塊提供鎖存控制型號，同時為計數(shù)模塊提使能和清零信號。設(shè)計當(dāng)中由 Cnttemp 對 1MHZ 的上升緣計數(shù)來產(chǎn)生 1HZ 的信號（ Cnttemp5000 送出高電平， Cnttemp5000 送出低電平）， Count 對秒信號計數(shù)，鎖存控制信號在第六秒結(jié)束時送出，清零信號在第 7秒送出，所以要先產(chǎn)生秒脈沖。 直流電機 測控 儀 第 10 頁 共 51 頁 1M的時鐘 是 否 小于 等于 大于 輸出 圖 注： Enal 為輸出控制計數(shù)器的使能信號。 Clr 為輸出控制計數(shù)器的清零信號。 Load 為輸出控制鎖存器的鎖存信號。 Cnttemp=0 Cnttemp+1 Cnttemp 當(dāng)前計數(shù)是否到了 99999 Cnttemp50000 Clk1hz=’1’ Clk1hz=’1’ Count 與 6 比 較 Enal=’1’ Clr=’0’ Load=’0’ Enal=’0’ Clr=’0’ Load=’1’ Enal=’0’ Clr=’1’ Load=’0’ 直流電機 測控 儀 第 11 頁 共 51 頁 圖 時鐘控制信號模塊 十進(jìn)制計數(shù)器程序 設(shè)計 設(shè)計當(dāng)中要顯示當(dāng)前直流電機的轉(zhuǎn)速，因而要 4位十進(jìn)制的計數(shù)器，對轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)。設(shè)計當(dāng)中只需要設(shè)計一位十進(jìn)制的計數(shù)器，設(shè)計當(dāng)中特別注意對進(jìn)位脈沖的處理。 設(shè)計流程如下： 計數(shù)脈沖 是 否 圖 十進(jìn)制計數(shù)器程序設(shè)計流程圖 注： CLR 為外部輸入的清零信號。 ENA 為外部輸入的計數(shù)使能信號。 十進(jìn)制計數(shù)器對計數(shù)脈沖計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值到了 9時，計數(shù)值重新到零，同時在歸零的同時 輸出進(jìn)位脈沖。 Clr=‘ 0’ ena=‘ 1’ Coun=“ 0000” Count=count+1 Count=”1001” 輸出進(jìn)位脈沖 輸出計數(shù)值 直流電機 測控 儀 第 12 頁 共 51 頁 圖 鎖存模塊程序設(shè)計 16 位鎖存模塊設(shè)計較為簡單，只有在控制信號為高電平時鎖存當(dāng)前輸入的信號值，在低電平時保持鎖存被鎖存的輸入信號。 是 否 圖 16位鎖存器設(shè)計流程 注： IN 為 16 位輸入信號， OUT 為 16 位輸出信號， LOAD 為輸入鎖存信號。 信號 DIN 對 IN 信號進(jìn)行保存，只有在 LOAD=’ 1’ 時才把 IN 信號保存到 DIN， DIN再傳遞給 OUT。 圖 16位鎖存模塊 PWM 控制信號程序設(shè)計 PWM 控 制信號為驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)速的使能信號， PWM 控制由四個輸入信號控制 pwm 的占空比，本設(shè)計當(dāng)中最高為 15/16，由控制信號 ” 1111” 獲得，最低為0，由控制信號 ” 0000” 獲得。 Load=‘ 1’ DIN=IN DIN=DIN OUT=DIN 直流電機 測控 儀 第 13 頁 共 51 頁 流程如 ： 時鐘 1MHZ 是 否 輸出 pwm 控制信號 圖 PWM 控制流程圖 注： KEY 為輸入數(shù)據(jù)大小 CYCLE 對時鐘從 0 到 16000 循環(huán)計數(shù)，當(dāng) CYCLE=0 時把輸出電平置為高電平， CYCLE=輸入值 *1000 時把輸出電平置為低電平，這樣就可以通過外部輸入控 制占空比，從而控制直流電機的轉(zhuǎn)速。 圖 PWM 控制模塊 鍵盤掃描程序設(shè)計 PWM 控制直流電機是通過掃描鍵盤的按鍵來控制方波的占空比，所按得鍵值越來，方波的占空比越大，最高可達(dá) 15/16，最低為 0。鍵盤掃描輸出為一個 4cycle =16000 Count=0 cycle +1。 cycle =key*1000 PWM=’1’ PWM=’0’ 直流電機 測控 儀 第 14 頁 共 51 頁 為的數(shù)組。掃描簡單的來所就是給行低電平，看列獲得的電位就可確定在此行所按下的鍵。大體流程如下： 時鐘 1MHZ 輸入 圖 鍵盤 掃描流程圖 鍵盤模塊大體設(shè)計思路為，由信號 COUNT 對 時鐘 0到 3循環(huán)計數(shù)，在 CONT=N時對第 N 列掃描，判斷列端電位，確定當(dāng)前按鍵的鍵位，輸出鍵值。 圖 顯示模塊程序設(shè)計 顯示模塊為 16*16 點陣 LED。大體流程如下： Count=3 Count=0 Count+1 Count=0 掃描第一行 Count=1 掃描第二行 Count=2 掃描第三行 Count=3 掃描第四行 判斷按鍵 輸出相應(yīng)鍵值 直流電機 測控 儀 第 15 頁 共 51 頁 時鐘 1KHZ 是 否 圖 顯示模塊程序流程 顯示程序中，我們把十進(jìn)制計數(shù)器的百、十、個位數(shù)輸入，設(shè)計當(dāng)中，只記錄六秒鐘的轉(zhuǎn)速，顯示的為每分鐘的轉(zhuǎn)速。點陣 LED 顯示需要譯碼，按每列譯碼。點陣 LED 每次點亮一列，高 速點亮就可以在陣面上看到顯示漢字或者數(shù)字。 圖 點陣顯示模塊 COUNT=”10111” COUNT+1 COUNT=”00000” COUNT=”00000”顯示第一位 LED COUNT=”00111”顯示第八位 LED COUNT=”01000”顯示第一列 LED點陣 COUNT=”10111”顯示第十六列LED 點陣 直流電機 測控 儀 第 16 頁 共 51 頁 4 設(shè)計過程介紹 設(shè)計過程 （ 1）測速顯示 當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)時，帶動轉(zhuǎn)盤是的磁鋼片一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鋼片旋轉(zhuǎn)到霍爾器件的上方時，可以導(dǎo)致霍爾器件的輸出端高電平變?yōu)榈碗娖?。?dāng)磁鋼片轉(zhuǎn)過霍爾器件上方后，霍爾器件的輸出端又恢復(fù)高電平輸出。這樣電機每旋轉(zhuǎn)一周，則會使霍爾器件的輸出端產(chǎn)生一個低脈沖，我們就可以通過檢測單位時間內(nèi)霍爾器件輸出端低脈沖的個數(shù)來推算出直流電機在單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速。 電機的轉(zhuǎn)速通常是指每分鐘電機的轉(zhuǎn)速，也就是單位為 rpm，實際測量過程中，為了減少轉(zhuǎn)速刷新的時間，通常都是 5～ 10 秒刷新一次。如果每 6 秒鐘刷新一次，那么相當(dāng)于只記錄了 6 秒鐘內(nèi)的電機轉(zhuǎn)數(shù)，把記錄的數(shù)據(jù)乘 10 即得到一分鐘的轉(zhuǎn)速。最后將這個數(shù)據(jù)在點陣上顯示出來。為了使顯示的數(shù)據(jù)能夠在點陣上顯示穩(wěn)定，在這個數(shù)據(jù)的輸出時加入了一個 16 位的鎖存器，把鎖存的數(shù)據(jù)送給點陣顯示，這樣就來會因為在計數(shù)過程中，數(shù)據(jù)的變化而使點陣顯示不斷變化。 （ 2） pwm 產(chǎn)生控制 通過控制占空比，從而達(dá)到控制直流電機控制。用按鍵先預(yù)設(shè)一個速度值，讓電動機的實際轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)值比較，如果不相等，就調(diào) 節(jié)占空比使之達(dá)到預(yù)設(shè)值 。 設(shè)計體會 EDA 技術(shù)對于我們電子信息工程專業(yè)的學(xué)生來說是一本很重要的專業(yè)技術(shù)課程， EDA 技術(shù)極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強度，是一門實際應(yīng)用很廣泛的技術(shù)。現(xiàn)在對 EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有 EDA 的應(yīng)用。目前 EDA 技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設(shè)計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA 技術(shù)。 所以 ,EDA 課程的學(xué)習(xí) 對于我們自身素質(zhì)和能力的提高有十分重要的積極作用 ,應(yīng)該很認(rèn)真的學(xué)習(xí)。 直流電機 測控 儀 第 17 頁 共 51 頁 本次課程設(shè)計為期 2周，在這兩周中，我們經(jīng)歷了從什么都不懂，到有些了解，到逐漸熟悉 EDA 各軟件使用，及 VHDL 語言的運用幾個過程。在此過程中我學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西，同時也鞏固了以前所學(xué)的知識。在做子模塊編寫的時候遇到了很多問題，開始時什么都不知道，就到網(wǎng)上搜集資料，查看老師給的資料，再不懂的就問老師，后來弄清了其中的原理后，經(jīng)過多次練習(xí)，逐漸能夠解決編寫程序中的問題，把模塊編寫出來。然而， 在仿真時，也遇到了一點困難 ,想要的結(jié)果不能得 到正確的顯示 ，但是經(jīng)過對結(jié)果的一點點分析，從錯誤中思考產(chǎn)生錯誤的原因，修改電路圖，最終得到想要的結(jié)果， 完成了本次課程設(shè)計。 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力 ， 才能真正為社會服務(wù)。 在此，也要感謝同組的成員，我基礎(chǔ)不好，很多都不懂，感謝他在這兩周的無私幫助，細(xì)心講解，還要感謝給予我們悉心指導(dǎo)的老師，在這兩周中，多虧您們不厭其煩的指教。謝謝！