【摘 要】
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工业控制系统的飞速发展对智能电机控制系统的精度要求日益提高,电机的各种运动状态信息需要实时检测,以实现精确的反馈控制。传统的检测系统通过分立部件来实现,控制精度较低,实现方案可移植性差。本论文针对电机测速控制系统,将电机测速控制功能嵌入到8051微处理器结构中,在CMOS集成电路工艺下实现一款基于8051的电机测速控制芯片。论文的主要工作内容包括:(1)基于光电编码器传感器的电机信号检测方式,采用
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工业控制系统的飞速发展对智能电机控制系统的精度要求日益提高,电机的各种运动状态信息需要实时检测,以实现精确的反馈控制。传统的检测系统通过分立部件来实现,控制精度较低,实现方案可移植性差。本论文针对电机测速控制系统,将电机测速控制功能嵌入到8051微处理器结构中,在CMOS集成电路工艺下实现一款基于8051的电机测速控制芯片。论文的主要工作内容包括:(1)基于光电编码器传感器的电机信号检测方式,采用M法、T法以及M/T法三种测速方法,将电机测速控制与8051处理器结合起来,设计一个带电机解码和三种测速方法相结合的电机测速控制芯片,通过对电机的运动状态进行判断,由处理器进行数据处理及分析,将结果反馈到电机控制,实现一个闭环的电机控制系统。同时,多种测速方式能够扩展系统功能,增强使用灵活性。(2)针对芯片进行系统设计,本设计主要包括8051微处理器、存储器部分、存储器管理单元、QEP(正交编码脉冲)模块、SPI通信模块、PWM输出模块。QEP(正交编码脉冲)模块中带有电机解码电路、三种测速模式、以及看门狗电路,实现对光电编码器输出的电机运动信息进行解码和测速;SPI传输协议用于芯片的通信;带死区的PWM输出模块实现各种PWM波形输出。(3)对芯片数字电路部分展开分析,并对各个模块进行电路实现。对电机解码测速功能进行了重点设计,分析了电机解码电路和测速方案,并将电机解码和电机测速放在同一个模块中,解码完的数据信息送到电机测速模块中,通过CPU提前配置好的测速方案对解码完的数据进行测速计数。SPI通信接口方面,采用四线的SPI通信协议,为了使SPI通信协议适配性更高,使用软硬件协同设计,CS信号完全用软件控制的方式,CS信号和传输信号独立分开,按照时序要求可以通过软件灵活配置,大大增强了SPI接口的适配性。PWM模块输出带死区的PWM波形,其中周期、占空比、死区宽度均可软件配置。在完成设计后,对芯片的数字各个模块进行RTL仿真,对仿真结果进行分析。在仿真结果满足设计需求后,进行FPGA验证阶段,通过搭建FPGA验证平台,将设计导入FPGA芯片进行验证,通过外部串口显示以及示波器抓关键信号,对设计进行验证结果分析,论证了设计的可行性。论文的研究内容对基于光电编码器的电机测速控制系统实现提供了一定的参考价值。
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