一、實驗?zāi)康?/div>
1、學(xué)習(xí)直流電機的工作原理和控制方式，了解PWM控制原理
2、熟悉QuartusⅡ軟件的相關(guān)操作，掌握數(shù)字電路設(shè)計的基本流程；
3、掌握混合編輯法進(jìn)行編輯的基本方法，熟悉軟件環(huán)境的參數(shù)配置，仿真，管腳分配，下載等基本操作。
二、實驗原理
1.直流電機:
①定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當(dāng)它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。
②直流電機的兩根控制引腳A和B，電流流入的大小決定了電機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)用脈沖波輸入時，周期恒定時，占空比大的平均電流就大，平均電流越大，轉(zhuǎn)速越高，等效于占空比越大，轉(zhuǎn)速越高，所以可以用PWM（Pulse Width Modulation）方式來控制轉(zhuǎn)速；通過脈沖波輸入的引腳來控制方向。
③本實驗中采用RF-310T-11400型號直流電機，同時配有光耦測速模塊。通過檢測輸出脈沖來檢測電機轉(zhuǎn)速。
2.設(shè)計原理框圖：
3.混合編輯法步驟：
(1)建立新工程
a)指定新工程名稱；
b)選擇需要加入的文件和庫；
c)選擇目標(biāo)器件；
d)選擇第三方EDA工具；
e)結(jié)束設(shè)置。
(2)建立文件 File→New→Device Design Files…，建立多個VHDL文本文件。
(3)輸入程序代碼
(4)創(chuàng)建圖元 File→Create/update→Create Symbol File for Current File→生成*.bsf格式的圖形文件。生成的圖元符號在頂成設(shè)計中作為模塊使用。
(5)建立原理圖文件并添加圖元符號
(6)連接各模塊并命名
(7)編譯工程
(8)仿真
a) 系統(tǒng)默認(rèn)為時序仿真。
b) 功能仿真 Assignment→Setting→Simulator Setting…,單擊Processing→Generate Functional simulation Netlist→單擊波形仿真按鈕；
仿真結(jié)果正確后，繼續(xù)后續(xù)步驟。
(9)引腳分配 Assignment→Pins…
(10)下載驗證
a)對引腳分配后必須再重新編譯；
b)配置下載電纜--Tools→Programmer…；
c)JTAG模式下載--下載文件為 *.sof；d)Active Serial 模式下載--下載文件為 *.pof；
三、實驗設(shè)備
1、微機 １臺
2、直流電機 1臺
3、Windows 操作系統(tǒng)
4、QuartusII 8.0或9.0應(yīng)用軟件
四、實驗步驟
1、按照實驗準(zhǔn)備將相應(yīng)的跳線連接好，調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)選擇對應(yīng)的模塊；
2、打開QuartusⅡ軟件，采用混合編輯法編輯直流電機的電路圖和程序：新建一個工程，找到本次實驗每個模塊的源程序，并將每個模塊編譯成圖元符號文件，該圖元符號可以在頂層原理圖文件中作為模塊使用；新建一個頂層原理圖文件，在其中將原理圖輸入，即添加各個模塊的圖元符號并連接各個模塊；編譯工程；仿真；將程序下載到實驗平臺上。
3、將en置高（SW4撥上），LED8亮表示可以調(diào)速，將start置高（SW1撥上）電機開始工作，調(diào)動direct（SW2）控制電機轉(zhuǎn)動方向，按F1鍵加快電機轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到最高速時，LED1指示燈亮，按F2鍵電機減速，當(dāng)達(dá)到最小時，LED3指示燈亮；在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時，觀察數(shù)碼管上顯示的電機轉(zhuǎn)速，表示每秒多少轉(zhuǎn)，即rps。
注意：由于電機的驅(qū)動電流原因，在剛開始的增速過程中，要增加到一定程度時，輸出相應(yīng)的電流才能驅(qū)動電機。即按鍵F1起初按下的幾次，電機會沒有反映，多按幾次就好了。
五、實驗內(nèi)容
1. 用VHDL語言設(shè)計一個直流電機控制器，要求方向可控(可正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn))，速度可控制加速和減速，并可測速，用數(shù)碼管顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速
2. 用QuartusⅡ軟件進(jìn)行編譯、下載到實驗平臺上進(jìn)行驗證。
(1) 仿真電路：
(2) 操作步驟
① 建立VHDL文本文件，輸入各個模塊的代碼；
1) 分頻模塊(div):
2) 比較模塊(cmp)：
3) 測速模塊(rate)：
4) 方向控制模塊(mux1)
5) 調(diào)速模塊(cnt16
6) 標(biāo)準(zhǔn)階梯波產(chǎn)生器(cnt16_bz)
7) 按鍵檢測模塊(key_check
8) 顯示模塊(xianshi)
② 創(chuàng)建圖元文件：
1) 分頻模塊(div):
2) 比較模塊(cmp)：
3) 測速模塊(rate):
4) 方向控制模塊(mux1):
5) 調(diào)速模塊(cnt16)
6) 標(biāo)準(zhǔn)階梯波產(chǎn)生器(cnt16_bz)
7) 按鍵檢測模塊(key_check)
8) 顯示模塊(xianshi)
③ 建立原理圖文件并添加圖元符號：
連接后的原理圖如圖所示：
④ 建立波形圖文件：
如圖，時鐘信號clk為50MHz,
oc_pulse信號為50MHz；
反相信號direct周期為480ns；
start信號置為高電平；
en置為高電平；
加速、減速信號speed_up、speed_down都為周期為30ns的時鐘信號，且不同時起效。
⑤ 仿真結(jié)果：
如圖，仿真方式為功能仿真
④結(jié)果分析
1） 從波形圖中可以看出，當(dāng)方向控制信號direct改變時，電機信號立即從motorA變?yōu)?/font>motorB，即實現(xiàn)了正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的切換，方向可控。
2） 從波形圖中可以看出，當(dāng)減速信號speed_down置高，加速信號speed_up為時鐘信號時，電機加速，即電機的占空比逐漸增大；當(dāng)加速信號speed_up置高，減速信號speed_down為時鐘信號時，電機減速，即電機的占空比逐漸減小，即實現(xiàn)了速度可控制。
3） 從data[2..0]的波形可以看出，可以實現(xiàn)測速，將實時速度顯示出來；
4） 從數(shù)碼管a-g的波形可以看出，顯示器可以將當(dāng)前轉(zhuǎn)速通過數(shù)碼管顯示出來；
5） 當(dāng)電機速度減至最小時，speed_min為低電平，速度增到最大時，speed_max為低電平，說明可以正常顯示速度為最大、最小時的情況
六、總結(jié)和問題討論
1. 調(diào)試方法：可以先將每個模塊分別運行，通過輸入模擬信號仿真使其保證實現(xiàn)正常功能后再連接成完整電路，可以提前得知需要修改和調(diào)試的模塊
2. 體會和建議：只有仔細(xì)思考代碼之后的邏輯才能更好地理解實驗、做好實驗。
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