采用Verilog HDL语言设计直流电机运动控制程序,并给出测试代码,实现直流电机的运动控制,并通过数码管显示当前输出的PWM波的占空比。通过按键可改变电机的转速及转向。

时间: 2024-03-16 17:46:15 浏览: 48
为了方便起见,我将程序设计为一个FPGA模块,用于控制直流电机的运动。以下是设计的Verilog HDL代码: ```verilog module motor_controller ( input clk, // 时钟信号 input rst_n, // 复位信号 input [1:0] speed, // 转速控制信号(00=停止,01=慢速,10=中速,11=快速) input reverse, // 转向控制信号(0=正转,1=反转) output reg [7:0] pwm, // PWM波占空比 output reg [7:0] duty // 当前占空比计数器的值 ); // 定义时钟分频系数 parameter [23:0] clk_div = 1000000; // 定义PWM波周期、计数器上限和占空比初始值 parameter [7:0] pwm_period = 200; parameter [7:0] pwm_max_count = pwm_period - 1; parameter [7:0] pwm_init_duty = pwm_period / 2; // 定义速度控制参数 parameter [7:0] speed_stop = 0; parameter [7:0] speed_slow = pwm_period / 4; parameter [7:0] speed_medium = pwm_period / 2; parameter [7:0] speed_fast = pwm_period * 3 / 4; // 定义PWM波计数器和占空比计数器 reg [7:0] pwm_count = 0; reg [7:0] duty_count = 0; // 定义转向控制信号 reg reverse_dir = 0; // 复位时初始化控制参数 initial begin pwm <= pwm_init_duty; duty <= 0; pwm_count <= 0; duty_count <= 0; reverse_dir <= 0; end // 时钟上升沿时更新PWM波计数器和占空比计数器 always @(posedge clk) begin if (!rst_n) begin pwm_count <= 0; duty_count <= 0; reverse_dir <= 0; end else begin pwm_count <= pwm_count + 1; duty_count <= duty_count + 1; if (duty_count >= pwm) begin duty_count <= 0; end if (pwm_count >= pwm_period) begin pwm_count <= 0; end end end // 根据速度控制信号调整PWM波的占空比 always @(*) begin case (speed) 2'b00: pwm <= speed_stop; 2'b01: pwm <= speed_slow; 2'b10: pwm <= speed_medium; 2'b11: pwm <= speed_fast; default: pwm <= pwm_init_duty; endcase end // 根据转向控制信号调整PWM波方向 always @(*) begin if (reverse) begin reverse_dir <= 1; end else begin reverse_dir <= 0; end end // 根据PWM波计数器和占空比计数器输出PWM波的值 assign pwm_out = (pwm_count <= duty_count) ? (reverse_dir ? 1 : 0) : (reverse_dir ? 0 : 1); // 在数码管上显示当前PWM波的占空比 always @(posedge clk) begin if (!rst_n) begin display <= 8'h00; end else begin case (pwm) 8'h00: display <= 8'h3f; // "0" 8'h01: display <= 8'h06; // "1" 8'h02: display <= 8'h5b; // "2" 8'h03: display <= 8'h4f; // "3" 8'h04: display <= 8'h66; // "4" 8'h05: display <= 8'h6d; // "5" 8'h06: display <= 8'h7d; // "6" 8'h07: display <= 8'h07; // "7" 8'h08: display <= 8'h7f; // "8" 8'h09: display <= 8'h6f; // "9" 8'ha0: display <= 8'h77; // "A" 8'hb0: display <= 8'h7c; // "b" 8'hc0: display <= 8'h39; // "C" 8'hd0: display <= 8'h5e; // "d" 8'he0: display <= 8'h79; // "E" 8'hf0: display <= 8'h71; // "F" default: display <= 8'hff; // 空白 endcase end end endmodule ``` 需要说明的是,这个模块将输入的速度控制信号转换为PWM波的占空比,通过输出端口pwm输出PWM波的占空比,并且通过输出端口duty显示当前的PWM波的占空比计数器的值。同时,这个模块还可以接受一个转向控制信号,通过输入端口reverse控制PWM波的方向。 以下是测试代码,可以通过按键切换电机的转速和转向,并通过数码管显示当前输出的PWM波的占空比: ```verilog module motor_controller_testbench; reg clk; reg rst_n; reg [1:0] speed; reg reverse; wire [7:0] pwm; wire [7:0] duty; wire [7:0] display; initial begin clk = 0; forever #5 clk = ~clk; end initial begin rst_n = 0; #10 rst_n = 1; end motor_controller uut ( .clk(clk), .rst_n(rst_n), .speed(speed), .reverse(reverse), .pwm(pwm), .duty(duty), .display(display) ); always @(posedge clk) begin if (!rst_n) begin speed <= 2'b00; reverse <= 0; end end always @(*) begin case (speed) 2'b00: $display("Speed=停止"); 2'b01: $display("Speed=慢速"); 2'b10: $display("Speed=中速"); 2'b11: $display("Speed=快速"); default: $display("Speed=未知"); endcase end always @(*) begin if (reverse) begin $display("Direction=反转"); end else begin $display("Direction=正转"); end end always @(posedge clk) begin $display("PWM=%d, Duty=%d, Display=%02x", pwm, duty, display); end always @(*) begin if (speed == 2'b00) begin speed <= 2'b01; end else begin speed <= speed + 1; end end always @(posedge clk) begin if ($time > 100 && $time < 200) begin reverse <= 1; end else begin reverse <= 0; end end endmodule ``` 请注意,这个测试代码与具体的FPGA开发板有关,需要根据实际情况进行修改。

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