FPGA实现的直流伺服电机多通道控制器设计

"基于FPGA直流伺服电机控制器设计文档，作者王俊生、蔡文澜、马宏绪，发布于2007年12月6日。内容涉及使用VHDL硬件描述语言在FPGA（Cyclone EP2C5T）中构建直流伺服电机控制器，包含4路PWM控制器和编码器捕获单元，可扩展PWM通道和编码器捕获通道，以适应多电机伺服控制需求。设计还包括分频器和总线控制器，用于产生PWM信号、捕获电机编码器信号以及与外部处理器通信。" 本文主要介绍了基于FPGA的直流伺服电机控制器的设计与实现，具体如下： 1. **背景**： 直流伺服电机控制器通常使用单片机或DSP，但它们的PWM通道和编码器捕获通道数量有限，难以满足多个电机的伺服控制需求。因此，设计了一个基于FPGA的控制器，可以灵活地增加PWM和编码器捕获通道。 2. **控制器结构**： 控制器由以下几个部分组成： - **4路PWM控制器**：每个都有独立的ID，通过地址线Address选择并操作特定的PWM通道。PWM信号的频率为20kHz，占空比可调。 - **4路脉冲捕获单元**：用于接收电机编码器的脉冲信号，并通过总线控制器将捕获的值传输到输出口。 - **分频器1**：将20MHz的晶振信号分频为20kHz，作为PWM信号的基准。 - **分频器2**：进一步将20kHz信号分频为1Hz，驱动LED指示系统状态。 - **总线控制器**：处理WR、RD、ALE信号，控制地址锁存和I/O总线的8位数据传输。 3. **VHDL设计**： - **总线控制器**：实现与外部处理器的通信，允许写入PWM调节值和读取电机编码器数值，其设计参考了类似8051的MCU地址线和数据线复用特性。 - **PWM控制器**：采用VHDL编写，可以根据需求调整PWM通道的数量。 - **编码器捕获单元**：同样使用VHDL描述，能够捕捉电机编码器的高速脉冲信号，以确定电机的旋转速度。 4. **实现环境**： 整个设计在Altera的QuartusⅡ6.0环境下使用VHDL硬件描述语言完成，这是一款常用的FPGA开发工具。 该设计通过FPGA的灵活性实现了高效能、可扩展的直流伺服电机控制系统，解决了传统微处理器在多电机控制中的局限性。这样的设计在机器人、自动化设备等领域有着广泛的应用前景。