摘要：利用VHDL硬件描述語言在FPGA中設(shè)計直流伺服電機控制器．其含4路PWM控制器，每個控制囂均分配一個lD。當(dāng)?shù)刂肪€Addrcss選中某個ID時，表明對誼PWM控制器操作．利用ALE、WR信號將地址線信號鎖存．電機縭碼器捕獲單元則獲得電機碼盤信號，再通過總線控制器送給MPU讀?。纱伺袛嚯姍C轉(zhuǎn)動速度。 關(guān)鍵詞：FPGA；硬件描述語言；直流伺服電機控制器 引言 直流伺服電機處理器．如單片機，DSP具有產(chǎn)生PWM信號和捕獲電機編碼器信號的能力，但對IC產(chǎn)生PWM信號的通道數(shù)目和電機編碼器捕獲通道數(shù)目有限。對多個直流電機的伺服控制很難滿足要求。故設(shè)計基于FPGA直流伺服電機控制器。 1、控制器構(gòu)成 在Cyclone EP2C5T FPGA內(nèi)部設(shè)計各4路PWM發(fā)生器和編碼器脈沖捕獲單元。其PWM信號通道和編碼器脈沖捕獲單元數(shù)目可基于VHDL硬件描述語言按需調(diào)整。如圖1。包括總線和4路PWM控制器、4路脈沖捕獲單元、分頻器l，分頻器2?？偩€控制器根據(jù)WR、RD、ALE信號完成FPGA內(nèi)部地址鎖存及8位OUTPUT總線．8位INPUT總線的控制。FPGA外接20 MHz有源晶振，時鐘信號經(jīng)分頻器1分頻后得到20kHz占空比為50％的方波信號．4路PWM控制器以該信號為基準(zhǔn)，產(chǎn)生頻率為20kHz，占空比可調(diào)的4路PWM信號．4路PWM信號可依4位地址線獨立控制。4路脈沖捕獲單元用于對電機編碼器脈沖信號進行捕獲．通過總線控制器將脈沖捕獲值讀出到8位I／O口上。 分頻器2將20 kHz方波信號20000分頻得到IHz占空比為50％的方波信號，直接驅(qū)動LED燈，指示系統(tǒng)狀態(tài)．EP2C5FPGA內(nèi)部邏輯在Qoartusll。6.0環(huán)境下使用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)。 2、VHDL設(shè)計伺服電機控制器 2．1總線控制器設(shè)計 寫入伺服電機控制器是PWM調(diào)節(jié)值，讀出的是電機編碼器數(shù)值．因此．需設(shè)計總線控制器完成上述過程．基于FPGA的直流伺服電機控制器為外部處理器（如單片機等）提供總線接口。類似8051的MCU地址線、數(shù)據(jù)線復(fù)用的特點設(shè)計了總線控制器．控制總線包括WR、RD、ALE；數(shù)據(jù)／地址總線為8位I／O。 總線控制器邏輯電路如圖2，使用2片74244實現(xiàn)。WR、RD信號使輸入／輸出總線交替進入高阻態(tài)，實現(xiàn)伺服電機控制器數(shù)據(jù)的寫入或讀出。 2．2 PWM控制器設(shè)計 PWM控制器的VHDL硬件描述語言如下： 因設(shè)計中有4路PWM控制器，為每個控制器分配一個ID。上面程序中setAddress為該PWM控制器的ID，當(dāng)?shù)刂肪€Address選中該ID時，表明對該PWM控制器操作．利用ALE、WR信號將地址線信號鎖存。每個clk信號上升沿到來時將count加l處理。比較count與databus的值，實現(xiàn)PWM信號占空比的調(diào)整。并可根據(jù)需要在FPGA資源允許前提下，任意增加PWM控制器。 2．3電機編碼器捕獲單元設(shè)計 電機編碼器捕獲單元獲得電機碼盤信號后，通過總線控制器送給MPU讀取，來判斷電機的轉(zhuǎn)動速度。VHDL硬件描述語言的程序源碼如下： 多個編碼器用setAddressL、setAddressH定義每個編碼器的地址。當(dāng)Address與setAddressL、setAddressH相同時選中該編碼器捕獲單元．同時用RD、ALE控制將捕獲的數(shù)據(jù)傳到總線上。 2．4分頻器l設(shè)計 FPGAEP2C5T全局時鐘信號外接20MHz有源品振，為得到20kHz的PWM信號，在EP2C5T內(nèi)用VHDL設(shè)計了分頻器．VHDL程序如下： 分頻器2的原理與分頻器1相同．將20 kHz方波信號20000分頻得到l Hz的方波信號。 3、結(jié)語 利用VHDL硬件描述語言在FPGA中設(shè)計的直流伺服電機控制器，可滿足對多路直流電機的伺服控制。該控制器在4路直流伺服電機控制系統(tǒng)中可穩(wěn)定可靠的運行。