用VHDL语言设计的步进电机控制器
VHDL项目设计“三层电梯控制系统”
VHDL项目设计“三层电梯控制系统”三层电梯控制系统是一种常见的嵌入式系统，用于控制电梯的运行和停止。
它由三层楼、一台电梯和一组控制器组成，通过控制器对电梯的动作进行控制。
本文将介绍一个基于VHDL的三层电梯控制系统的设计。
首先，我们需要定义系统的输入和输出。
对于一个三层电梯控制系统，输入可以包括三个楼层传感器的信号、电梯内部的按钮信号以及电梯的当前位置。
输出可以包括电梯的运行方向、电梯门的开关状态以及电梯运行的目标楼层。
接下来，我们需要设计电梯运行的逻辑。
电梯可以向上或向下运行，它可以根据当前位置和目标楼层来确定下一步的动作。
例如，如果当前位置在一楼，目标楼层在三楼，电梯应该向上运行。
如果当前位置在三楼，目标楼层在一楼，电梯应该向下运行。
我们可以使用状态机的方法来实现这种逻辑。
在控制器的设计中，我们可以使用三个传感器来检测电梯的位置。
当电梯到达一些楼层时，传感器会发出一个信号，控制器会根据这个信号来更新电梯的当前位置。
控制器还需要检测电梯内部按钮的信号，并根据按钮的输入来确定电梯的目标楼层。
例如，如果电梯内部的按钮被按下，控制器会将目标楼层设置为当前所在楼层。
如果一些楼层的按钮被按下，控制器会将目标楼层设置为该楼层。
最后，我们需要定义电梯门的开关逻辑。
当电梯到达目标楼层时，它的门应该打开，当电梯离开目标楼层时，它的门应该关闭。
可以使用一个门状态变量来跟踪电梯门的状态，并根据电梯的位置和目标楼层来更新该变量。
通过以上的设计，我们可以实现一个基于VHDL的三层电梯控制系统。
这个系统可以根据输入信号来确定电梯的动作，包括电梯的运行方向，电梯门的开关状态以及电梯运行的目标楼层。
这个系统可以实时更新电梯的状态，以实现精确的电梯控制。
综上所述，VHDL项目设计的“三层电梯控制系统”是一个基于嵌入式系统的设计，通过控制器对电梯的运行和停止进行控制。
这个系统的设计包括电梯运行逻辑、控制器的设计以及电梯门的开关逻辑。
基于FPGA的步进电机速度控制器的设计
基于FPGA的步进电机速度控制器的设计
庞淑娟;倪受东
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】提出了一种基于FPGA可编程芯片实现步进电机速度控制的新方法.利用VHDL硬件描述语言编程实现各模块功能,可在系统之间移植.由FPGA产生步进电机不同速度所需的时钟频率,由单片机控制系统的工作状态.在EDA实验平台对设计进行了功能验证,实验结果表明,该方法可实现步进电机可变速度的控制.实现的系统结构简单、可移植性强、控制精度高.
【总页数】2页(P32-33)
【作者】庞淑娟;倪受东
【作者单位】南京工业大学,机械与动力学院,江苏,南京,210009;南京工业大学,机械与动力学院,江苏,南京,210009
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.6
【相关文献】
1.基于FPGA的两相步进电机控制器设计 [J], 黄露;杨秀增
2.基于FPGA的步进电机控制器设计 [J], 王天云;陈秋菊
3.基于微控制器和FPGA的高可靠步进电机控制器设计 [J], 刘涛;张大鹏
4.一种基于FPGA的步进电机伺服阀控制器设计 [J], 蒋文坚
5.基于FPGA的步进电机控制器设计 [J], 李贺然;王黎;高晓蓉;郭建强
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步进电机控制器说明书
步进电机控制器说明书步进电机控制器说明书一、产品概述本文档旨在提供有关步进电机控制器的详细说明。
步进电机控制器是一种用于控制步进电机运动的装置，通过电子方式驱动步进电机实现精确的位置控制。
本控制器具有高精度、可编程性强等特点，适用于各种不同的步进电机应用场景。
二、产品特性本节介绍步进电机控制器的主要特性和功能。
2.1 高精度驱动步进电机控制器采用先进的驱动技术，能够实现高精度的步进电机驱动，可满足精密定位和运动控制需求。
2.2 可编程控制控制器内置丰富的控制算法，支持用户编程，可以根据具体应用需求进行自定义控制，提供更灵活的控制方式。
2.3 多种通信接口本控制器支持多种通信接口，如RS232、RS485、CAN等，便于与其他设备进行通信，实现系统集成和数据传输。
2.4 多种操作模式控制器提供多种操作模式选择，如速度控制、位置控制、力控制等，适应不同应用场景的需求。
2.5 安全保护功能为了确保系统的安全性，本控制器内置了多种安全保护功能，如过流保护、过热保护等，提供有效的保护措施。
三、产品安装和连接本节介绍步进电机控制器的安装和连接方式。
3.1 安装首先，确保电源已经断开。
将控制器固定在合适的位置，通过螺丝固定。
确保控制器和其他设备之间的空间足够，并保持良好的通风。
3.2 连接根据具体应用需求，通过合适的连接线将控制器与步进电机、电源等设备连接。
注意连接的正确性和稳定性，避免接触不良和短路等问题。
四、控制器编程及操作指南本节介绍步进电机控制器的编程和操作方法。
4.1 控制器编程步进电机控制器支持多种编程方式，如C语言、Python等。
用户可以编写相应的代码实现对步进电机的控制和驱动。
4.2 控制器操作指南控制器提供用户友好的操作界面，通过按钮、旋钮等方式进行控制操作。
用户可以根据界面上的指示进行相应的参数设置、模式切换等操作。
五、常见问题与解答本节了一些常见问题，并提供相应的解答。
如果用户遇到其他问题，建议参考本节解答，若问题仍未解决，可联系技术支持人员。
VHDL电梯控制器程序设计与仿真
VHDL电梯控制器程序设计与仿真 一、VHDL 简介 VHDL 是一种用于描述数字电路和系统的硬件描述语言。它具有强大的表达能力，可以描述从简单的逻辑门到复杂的数字系统。使用 VHDL 进行设计，可以在设计的早期阶段进行仿真和验证，大大提高了设计的效率和可靠性。
二、电梯控制器的功能需求 在设计电梯控制器之前，我们需要明确其功能需求。一个基本的电梯控制器应该能够实现以下功能：
1、 响应内外呼请求：能够接收来自电梯内部和外部楼层的呼叫请求。
2、 楼层选择：根据呼叫请求，确定电梯要停靠的楼层。 3、 运行方向控制：根据当前位置和呼叫情况，决定电梯的上升或下降运行方向。
4、 门控制：在到达目标楼层时，控制电梯门的打开和关闭。 5、 过载检测：防止电梯在过载情况下运行。 三、电梯控制器的状态设计 为了实现上述功能，我们需要设计合适的状态来描述电梯的运行情况。常见的状态包括：
1、 空闲状态：电梯停在某一楼层，没有呼叫请求。 2、 上升状态：电梯正在上升。 3、 下降状态：电梯正在下降。 4、 开门状态：电梯到达目标楼层，门正在打开。 5、 关门状态：门打开一段时间后，正在关闭。 四、VHDL 程序设计 ｀｀｀vhdl library ieee; use ieeestd_logic_1164all; entity elevator_controller is port （ clk ： in std_logic; reset ： in std_logic; inside_call ： in std_logic_vector(7 downto 0)； outside_call_up ： in std_logic_vector(7 downto 0)； outside_call_down ： in std_logic_vector(7 downto 0)； current_floor ： in std_logic_vector(3 downto 0)； door_open ： out std_logic; door_close ： out std_logic; up ： out std_logic; down ： out std_logic; stop ： out std_logic ）； end elevator_controller; architecture Behavioral of elevator_controller is type state_type is （idle, ascending, descending, opening_door, closing_door)；
步进电机定位控制系统设计
课程设计题目步进电机定位控制系统设计学院信息工程学院专业班级姓名指导老师2013~2014学年6月20日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:步进电机定位控制系统设计初始条件：1. 具备电子电路的基础知识及查阅资料和手册的能力；2. 熟悉ISE 仿真软件的操作与运用；3. 掌握步进电机的工作原理。
要求完成的主要任务:1. 设计一个基于FPGA 的4 相步进电机定位控制系统，包括步进电机方向设定电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块。
2.撰写符合学校要求的课程设计说明书。
时间安排：1、2014 年06月11日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2014 年06月12日至2014年06月17日，设计说明书撰写。
3、2014年06月18日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1 设计目标及简介 (1)1.1设计目标 (1)1.2 步进电机简介 (1)2 VHDL语言介绍 (2)3 Quartus Ⅱ介绍 (3)4 系统组成 (4)4.1 四相步进电机工作原理 (4)4.2 系统组成 (6)5 模块设计 (7)5.1 FPGA模块图及信号说明 (7)5.2 系统模块构成 (7)5.3 各模块间整体共享的电路内部传递信号 (7)5.4 电机方向设定电路模块 (7)5.5 步进电机步进移动与定位控制模块 (8)5.6 编码输出模块 (9)6 程序设计与仿真 (10)7 仿真结果 (14)8 实验总结 (16)参考文献 (17)摘要在分析了步进电机工作原理的基础上，提出了步进电机定位控制系统的模块划分和实现方法。
以步进电机四相四拍工作方式为例，用Verilog编程在Altera 公司的FPGA开发系统中实现了各功能模块和显示程序。
在系统仿真的基础上，进行了功能模块的控制实验，实验结果和仿真一致，实现了对步进电机模组的预定控制。
步进电机控制系统的设计与实现
步进电机控制系统的设计与实现刘星辰1，刘东斌1，杜鹏2（1．空军工程大学工程学院四系，陕西西安 7100382．第二炮兵工程学院指挥自动化系，陕西西安710025）摘要：论文介绍了步进电机的控制原理，利用脉冲叠加原理，以Verilog HDL为实体设计输入，设计并实现了一套集成于FPGA内部的步进电机控制系统。
该系统可以控制步进电机实现定速、加速、减速，且速率和加速度都能做到连续可调等功能。
该方法具有设计简单灵活，体积小，系统稳定等优点，可用于办公自动化(Office Automation)、工厂自动化(Factory Automation)和计算机外部设备等场合。
关键词：步进电机，FPGA，Verilog HDL中图分类号：TN492，TN911.71，TN709 文献标识码：ADesign and realization of control system of stepper motorLIU Xing-chen，LIU Dong-bin，DU Peng(Four-department, Engineering College, Air Force Engineering University, Xi’an 710038, China) Abstract: The lecture introduces the theory of stepper motor control; by using the theory of pulse superpose and regarding Verilog HDL as design entity input, to design a system of stepper motor control, which is integrated on a single FPGA chip. The system can control the motor move at certain speed, accelerate, decelerate, and the speed and acceleration can be controlled. The design has the advantages of simpleness, agility, small bulk and high stability etc. It can be used in many application situations, such as Office Automation, Factory Automation, computer peripheral equipments etc.Key words：stepper motor，FPGA，Verilog HDL步进电机又称脉冲电动机，由于其具有易于精确地控制机械的移动量的优点，步进电动机已经能与直流电动机、异步电动机、以及同步电动机并列，成为电动机的一种基本类型。
基于VHDL的直流电机控制功能模块设计
基于VHDL的直流电机控制功能模块设计随着社会的发展，直流电机的应用越来越普遍，对直流电机控制方式的要求也不断提高。
本文利用ALTERA公司最新开发的SOPC解决方案，提出了基于NiosII软核处理器的直流电机功能模块的设计方案，给出了VHDL代码生成功能模块IP核。
IP核的生成，不仅方便设计者灵活使用，节省资源，也大大缩短了设计周期。
设计者可以根据需要直接调用IP核来组成NiosII系统，然后将此系统下载到FPGA中实现。
IP核不仅可以用在电机控制中，还可以用来控制其它一些小型家电，全彩LED等，具有广阔的应用前景。
1 直流电机总体硬件设计如图1所示，系统整体由FPGA芯片控制，其控制核心为ALTERA公司的NiosII 软核CPU，本文将着重介绍图中两个控制功能模块PWM模块和测速模块的设计与生成。
这两个控制功能模块均采用VHDL硬件描述语言自行设计生成可以调用的IP核，通过QuartusII对其进行编译、仿真验证其正确性，最后将生成自定义接口功能模块添加到顶层原理图中，完成整个调速系统的设计。
2 PWM功能模块的设计PWM模块利用直流电机占空比来控制电机电枢电压，从而控制直流电机的转速。
设计过程如图2所示。
PWM功能模块的仿真波形如图3所示。
从图3可以看出，仿真时给定一个时钟信号Clk，Sta用来控制直流电机正反转，图3中的0表示直流电机处于正转状态，1表示停止，3表示反转；Conword 为占空比信号，仿真中有25％、78％、50％三种值；PWM A表示直流电机处于正转状态时的占空比输出，这时PWM B的输出为0；PWM B表示直流电机处于反转时的占空比输出，此时PWM A的输出值为0；而当电机处于停止状态时，如图中当Sta值为1时，PWM A和PWM B的输出值均为0。
经仿真时序图验证此设计是有效的，从而将其生成PWM功能模块。
PWM功能模块如图4所示。
PWM控制功能模块的原理如下：将时钟源50MHz的基频信号64分频，作为PWM模块的基频信号，以256个该基频脉冲信号作为PWM输出的一个周期，由NiosII处理器给出Conword的值指定一个PWM周期内高电平持续时间，改变Conword的值即刻改变占空比输出的值。
基于GW48PK2的FPGA步进电机细分驱动控制器系统设计毕业设计
基于GW48PK2的FPGA步进电机细分驱动控制器系统设计毕业设计目录前言 (1)第1章 EDA技术及VHDL语言 (3)1.1EDA技术 (3)1.2VHDL硬件描述语言 (4)1.3EDA技术发展历程 (6)1.3.1 CAD阶段 (6)1.3.2 CAE阶段 (7)1.3.3 EDA阶段 (7)1.4本章小结 (9)第2章硬件GW48-PK2介绍 (10)2.1GW48-PK2的主要结构 (10)2.2实验电路结构 (11)2.3本章小结 (12)第3章步进电机工作原理及其细分驱动控制器的设计 (13)3.1步进电机特点及其工作原理 (13)3.1.1 步进电机的工作特点 (13)3.1.2 步进电机的控制原理 (15)3.2步进电机细分驱动控制器的设计 (16)3.2.1 步进电机细分驱动原理 (16)3.2.2 步距细分的系统构成 (17)3.2.3 细分电流信号的实现 (19)3.2.4 细分驱动性能的改善 (20)3.3本章小结 (20)第4章步进电机细分驱动控制器的实现 (21)4.1建立工作库文件夹和编辑设计文件 (21)4.1.1 新建一个文件夹 (22)4.1.2 编辑源程序 (22)4.1.3 文件存盘 (22)4.2原理图输入设计 (23)4.2.1 mif文件的设计 (24)4.2.2 rom存储器的设计 (24)4.3创建工程 (27)4.3.1 打开建立新工程管理窗 (28)4.3.2 将设计文件加入工程 (28)4.3.3 选择目标芯片 (29)4.3.4 结束设置 (30)4.4利用VHDL文件及BDF文件生成元器件 (30)4.4.1利用VHDL文件生成元器件 (30)4.4.2利用BDF文件生成元器件 (31)4.5电路图的整体设计 (32)4.6全程编译 (32)4.7时序仿真 (33)4.7.1 打开波形仿真文件 (33)4.7.2 将工程的输入输出端口加入波形编辑窗 (34)4.7.3 设置仿真结束时间 (35)4.7.4 输入仿真波形并设置仿真器参数 (35)4.7.5 启动仿真过程 (35)4.8应用RTL电路图观察器 (36)4.9硬件实现 (37)4.9.1 分配硬件引脚 (37)4.9.2 硬件连接 (38)4.9.3 下载引脚锁定文件 (38)4.9本章小结 (38)第5章总结与展望 (40)5.1总结 (40)5.2展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)英文原文 (43)英文译文 (53)源程序 (63)前言步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。
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用VHDL语言设计的步进电机控制器摘要：提出了一种利用VHDL 语言设计步进电机控制器的思路，该控制器能够实现速度控制、工作方式选择等多种功能。
对该系统的结构、各模块的功能，综合、仿真进行了详细的论述。
该系统具有修改方便、使用灵活、可靠性高、可移植性强等优点。
关键词：VHDL；步进电机；脉冲分配器；仿真1 引言随着电子技术的发展，现场可编程门阵列FPGA和复杂可编程逻辑器件CPLD的出现，使得电子系统的设计者利用与器件相应的电子设计软件，在实验室里就可以设计自己的专用集成电路ASIC器件。
其中电子设计自动化（EDA）的关键技术之一就是可以用硬件描述语言（HDL）来描述硬件电路。
VHDL是用来描述从抽象到具体级别硬件的工业标准语言，它是由美国国防部在80年代开发的HDL，现在已成为IEEE承认的标准硬件描述语言。
VHDL支持硬件的设计、验证、综合和测试，以及硬件设计数据的交换、维护、修改和硬件的实现，具有描述能力强、生命周期长、支持大规模设计的分解和已有设计的再利用等优点。
[1]利用VHDL 这些优点和先进的EDA工具，根据具体的实际要求，将设计一个步进电机控制器电路。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
也就是当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
现场可编程门阵列(FPGA)是对步进电机实现一体化控制的理想选择。
本文主要介绍了利用VHDL语言设计的三相反应式步进电机驱动电路的设计思路：现场可编程门阵列(FPGA)将接口电路送来的一系列信号，转换成步进电机的驱动脉冲经过功率放大后送给步进电机，以此控制步进电机的转动方向和速度。
如图1。
图1 步进电机驱动电路原理图Fig.1 Circuitous philosophy of stepper motor device2 步进电机控制器原理步进电机控制器主要由三部分组成，原理如图2。
图2 步进电机控制器原理图Fig.2 Circuitous philosophy of stepper motor controller2.1 频率发生器步进电动机的转动是由脉冲控制的，通过控制脉冲频率即可控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
此处设置了四档调速。
CLK是外部输入频率，P2和P1是分频模式选择，P2、P1：00：外部输入脉冲频率(不分频)；P2、P1：01：对外部输入频率4分频；P2、P1：10：对外部输入频率8分频；P2、P1：11：对外部输入频率16分频；处理过的脉冲信号由CK端送入脉冲分配器。
[2]2.2 方向锁存器步进电机的状态分为启动和停止，启动后又分为正转、反转。
据此电机转动控制上设置了三个信号输入端，Z为正转启动脉冲信号，F为反转脉冲信号，T为停止的脉冲信号。
通过方向锁存器将输入的脉冲信号转为电平信号，并且保证信号的唯一性。
根据三相线圈轮流通电方式的不同，三相反应式步进电动机有三相单三拍、三相双三拍、三相六拍等三种通电方式，实际应用中三相单三拍运行方式很少采用，因为这种运行方式每次只有一相绕组通电，容易使转子在平衡位置附近产生摆动，因而稳定性不好。
所以此控制器设置了后两种拍通电方式，M为供电方式的选择，M=1为三相六拍，M=0为三相双三拍。
2.3 脉冲分配器三相六拍运行的供电方式是：A—AB—B—BC—C—CA—A……一个循环周期换接六次，有六种通电状态，故称三相六拍运行方式。
如果每次都是两相控制绕组同时通电，即按AB—BC—CA— AB……的顺序通电为三相双三拍．根据M的状态，控制脉冲的输出情况。
脉冲分配器设计的主要思路是，设置一个6进制的计数器。
三相六拍正转为1-6循环，反转为6-1循环；三相双三拍正转为2-4-6循环，反转为6-4-2循环。
示意见图3。
[3-5]图3 脉冲分配器设计思路Fig.3 Realization scheme of pulse distributor根据需要先用VHDL语言调试和仿真出频率发生器、方向锁存器、脉冲分配器三个部，按照图4完成顶层文件。
完成整个步进电机控制器的设计。
图4 顶层文件Fig.4 Top document鉴于篇幅有限，仅提供脉冲分配器部分的源程序清单如下:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mc isport(inclk: in std_logic;smzfd: in std_logic_vector(3 downto 0);outputcba:out std_logic_vector(2 downto 0)); end mc;architecture arch_mc of mc issignal sa : std_logic_vector(2 downto 0); beginprocess (inclk ,smzfd) isbeginif (rising_edge(inclk) ) thenif (smzfd="1100") thenif (sa=6) thensa<="001";elsesa<=sa+1;end if;elsif (smzfd="1010") thenif (sa=1) thensa<="110";elsesa<=sa-1;end if;elsif (smzfd="1000") thensa<="000";elsif (smzfd="0100") thenif (sa=6) thensa<="010";elsesa<=sa+2;end if;elsif (smzfd="0010") thenif (sa=2) thensa<="110";elsesa<=sa-2;end if;elsif (smzfd="0000") thensa<="000";end if;end if;end process;with sa selectoutputcba<="001" when "001", --1"011" when "010", --2"010" when "011", --3"110" when "100", --4"100" when "101", --5"101" when "110", --6"000" when others;--0end arch_mc ;3 仿真结果利用ALTERA公司提供的MAXPLUSII软件对程序进行了编译，适配的FPGA器件为ALTERA公司的EP1K30QC208-3芯片。
仿真部分结果见图5、图6，可看出本程序的设计是正确的。
图5 三相双三拍正转仿真波形Fig.5 Three-phase with double triple beat in positiverotation of stimulation wave图 6 三相六拍正转仿真波形Fig.6 Three-phase with six-beat in positive rotation of stimulation wave4 结语本文介绍了用VHDL语言设计的一种步进电机控制器，根据仿真波形的分析，基本达到了设计初的要求，能完成步进电机两种工作模式的选择，实现步进电机正、反、停的要求，可以实现步进电机频率的控制。
可见利用EDA软件可以缩短设计周期，是一种快捷方便的电路设计方法。
参考文献：[1] 史小波,程梦璋,许会芳.集成电路设计VHDL教程[M].北京:清华大学出版社,2005.[2] 余少辉.基于FPGA的数字输入式步进电机控制系统设计[J].现代电子技术,2004,186(19):87-88.[3] 赵京东.双三拍与三相六拍步进电机控制器的GAL电路设计[J].曲阜师范大学学报,2001,1(17):95-96.[4] 王春侠.基于CPLD的步进电动机控制[J].陕西工学院学报,2003,19(1):24-25.[5] 吴亮红,成继勋.基于CPLD的可控步进电机脉冲分配器设计[J].控制工程,2005,1(12):94-95.The Controller of Stepper Motor Designed withVHDLAbstract: A realization scheme of control circuit based on VHDL for stepper motor is presented. The controller can realize functions of speed control and work model selection, etc. The framework, the function of each module and design optimization, synthesis, simulation about the program is discussed in details. This system has the features of being easily modified ,good flexibility ,high reliability and powerful transplantable capability.Key words：VHDL; stepping motor; pulse distributor; simulate。