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步进电机控制系统IP软核设计

作　者: 唐华标
导　师: 来金梅；颜重光
学　校: 复旦大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: IP软核 FPGA 步进电机细分驱动
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 460次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

步进电机因其结构简单、运行可靠、控制方便等优点,已经成为各行业中非常重要的执行器件。本论文以反应式步进电机的系统控制为例,结合纺织行业的应用,使用当前最为流行的FPGA技术来实现。该系统为全数字系统,通过系统仿真、综合、布线、下载和实验测试,最终达到了设计目标。该论文讲述的则是一种基于FPGA的硬件模式的实现方法,实际上就是IP软核。软核的开发成功,将给步进电机控制系统带来更高的可靠性和稳定性。论文首先结合该项目,讲述了集成电路设计的现状和发展以及论文的主要工作和结构安排。接着介绍了步进电机及其控制系统的相关知识。然后重点讲述了整个步进电机控制系统的架构。和一般的步进电机控制系统相比,本项目增加了细分控制功能,有创意的将其与脉冲控制功能结合在一起,既实现了速度、加速度及总脉冲数控制,同时还实现了8细分功能。项目采用自顶向下的方法,按照实现功能的不同对整个系统进行了模块的划分,包括脉冲产生控制部分和细分部分。论文对每个子模块以及顶层模块进行了仿真和验证。文章接着对前面的设计进行了实验验证,将程序下载到Xilinx的FPGA中,通过连接步进电机驱动器实际测试,设计达到了既定的要求。论文最后做了总结,同时提出了对现有方案的改进。基于FPGA的数字系统IP软核设计已经成为芯片设计的重要组成部分。Verilog HDL语言结合EDA工具,采用自顶向下的设计理念,简化了设计,极大的促进了数字集成电路产业的发展,因此其一定会有更广阔的前景和更强大的生命力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章绪论  6-11
  1.1 研究现状及意义  6
  1.2 项目相关技术及发展情况  6-9
    1.2.1 集成电路的发展和SOC介绍  6-8
    1.2.2 IP核技术介绍  8-9
  1.3 项目的主要工作及论文结构安排  9-10
  1.4 本章总结  10-11
第二章步进电机及其控制系统概述  11-26
  2.1 步进电机及其发展  11
  2.2 步进电机的特点及其应用  11-16
    2.2.1 步进电机的特色  12
    2.2.2 步进电机的常用术语  12-15
    2.2.3 步进电机的应用  15-16
    2.2.4 步进电机的类型  16
  2.3 步进电机工作原理  16-25
    2.3.1 三相反应式步进电机的工作原理  17-20
    2.3.2 步进电机的驱动器构成  20-22
    2.3.3 步进电机的细分驱动  22-25
  2.4 本章总结  25-26
第三章步进电机控制系统IP软核的设计  26-38
  3.1 系统的功能和指标要求  26
  3.2 设计的思路  26-27
  3.3 系统的划分  27
  3.4 Verilog HDL的设计  27-28
  3.5 脉冲产生控制部分  28-34
    3.5.1 分频模块  30-31
    3.5.2 16位计数器模块  31
    3.5.3 16种脉冲产生模块  31-32
    3.5.4 每秒输出脉冲数寄存器模块  32
    3.5.5 脉冲叠加模块  32-33
    3.5.6 总脉冲输出控制模块  33-34
  3.6 细分部分  34-37
    3.6.1 细分电流波形模块  35-36
    3.6.2 细分输出模块  36
    3.6.3 细分功能选择模块  36-37
  3.7 本章总结  37-38
第四章系统的仿真和综合  38-44
  4.1 各子模块的功能仿真  38-40
    4.1.1 分频模块的仿真  38-39
    4.1.2 16位计数器模块仿真  39
    4.1.3 16种脉冲产生模块仿真  39
    4.1.4 每秒输出脉冲数寄存器模块仿真  39
    4.1.5 脉冲叠加模块仿真  39-40
    4.1.6 总脉冲输出控制模块仿真  40
  4.2 脉冲产生控制部分功能仿真  40
  4.3 细分部分功能仿真  40-41
  4.4 步进电机控制系统功能仿真  41
  4.5 步进电机控制系统综合  41-43
  4.6 本章总结  43-44
第五章基于FPGA芯片的验证  44-52
  5.1 硬件验证的必要性  44
  5.2 FPGA简介  44-46
    5.2.1 可编程器件的发展  44-45
    5.2.2 Xilinx的XC3S400芯片的特点  45-46
  5.3 FPGA的验证流程  46-47
    5.3.1 设计输入  46-47
    5.3.2 设计编译  47
    5.3.3 设计验证  47
  5.4 FPGA的验证结果  47-51
    5.4.1 XC3S400芯片的资源使用  48
    5.4.2 下载编程  48-49
    5.4.3 测试结果  49-51
  5.5 本章小结  51-52
第六章总结  52-54
  6.1 研究成果  52-53
  6.2 展望  53-54
参考文献  54-56
致谢  56-57

步进电机控制系统IP软核设计

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