cpld在电机控制器中的作用

随着单片机和微型计算机[26]的高速发展，伺服系统逐渐向智能化方向的发展，并伴随外围电路专用集成电路的出现，促进了直流伺服电动机控制技术的显著进步。

当这些技术领域发展到一定程度就构成快响应、高精度的直流伺服系统，进而电力半导体驱动装置逐步取代了电液驱动，比如军用伺服系统。

正因为直流电机容易进行调速，并能在大范围内实现精密的位置控制和速度控制，所以直流伺服系统广泛应用于要求系统性能高的场合；直流伺服电机具有良好的机械性，能在大范围内实现启动、制动、平滑调速和正反转等，在传动领域中仍占有很重要的地位；从传动系统来看，随着直流电机调速系统的不断更新与发展，作为控制系统的核心部件的微机，具有控制、监视、检测、故障诊断与故障处理的多功能电气传动系统正在形成。

由于近年来电力电子技术和微电子的快速发展，使得各种伺服电机控制的智能化功率集成电路系统正朝着模块化、数字化的方向发展[21~25]。

概括的说，伺服系统的发展趋势可以体现在以下几个方面：第一：全数字化。

新的伺服系统是高度集成化的、多功能的控制单元；同一个控制单元中，只要通过软件设置参数，就能改变其性能。

它可以通过接口与外部位置传感器或速度传感器构成高精度全闭环控制系统，也可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环控制系统；高度的集成还大大地缩小了整个系统的体积，简化了伺服系统的安装与调试。

第二：智能化。

智能化是工业控制设备的趋势，伺服驱动系统也逐渐向智能化方向发展。

伺服控制单元的智能化主要有以下几个特点：首先它们都具有记忆功能，所有系统的运行参数都保存在伺服单元的内部，这些参数都可以通过通信接口在计算机上修改，使用起来很方便；其次它们都有故障诊断的功能，当系统出现故障时，可以通过计算机把故障的类型以及故障的原因清楚地显示出来，极大地减少了维修与调试的时间；其次，某些伺服系统还具有特定的参数自整定功能，该伺服单元可以通过几次运行，将系统的参数整定出来，进而实现其最优化控制。

CPLD器件在电力电子保护系统中的应用摘要：目前,电力电子保护系统普遍采用LS7400系列集成芯片或者可编程GAL集成芯片来实现电力电子系统各种保护信号与脉冲宽度调制(PWM)信号的逻辑组合。

这种保护系统具有采用分立器件多、集成度低、电路复杂等缺点。

当今社会是数字化的社会,是数字集成电路广泛应用的社会。

目前电路设计与开发周期很短的现场可编程逻辑器件(FPLD)已经得到广泛应用,其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

它们具有体系结构/逻辑单元灵活、集成度高、可实现较大规模电路、编程灵活、设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定、可实时在线检验以及适用范围广等优,因此逐步被应用于电力电子保护系统的设计中。

关键词：CPLD器件；保护电路；电力电子系统一、CPLD器件相关内容简析（一）定义CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(MC，MacroCell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。

其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。

由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。

（二）展历史及应用领域20世纪70年代，最早的可编程逻辑器件--PLD诞生了。

其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因为它的硬件结构设计可由软件完成（相当于房子盖好后人工设计局部室内结构），因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。

为弥补PLD只能设计小规模电路这一缺陷，20世纪80年代中期，推出了复杂可编程逻辑器件--CPLD。

此应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。

（三）器件特点它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。

以CPLD为基础的步进电机控制分析CPLD为基础的步进电机控制系统，特点鲜明，优势突出，比如在硬件方面的结构相对简单，而且灵活度非常高，并产生很强的可靠性，与处理器的接口处理更加便捷，最关键的是，系统的稳定程度较强，并且很可靠，对于步进电机的控制和驱动都能表现出良好的效能。

1 步进电机的控制驱动步进电机，从严格的意义上讲，是电脉冲信号转换成的机电原件，其工作原理进而从结构上划分成四种类型，一种是反应式，一种是混和式，一种是永磁式，一种是直线式。

其中，前两种最为常用，相数的种类也很多，包括本文后面所谈到的一些。

处理器发送方向信号，在环状脉冲分配器接收的同时也接收了四种脉冲信号，信号经分配器传出，或功率放大，进一步对步进电机的驱动产生作用。

在我们常见的范围内，电压和电流驱动比较普遍，斩波恒流驱动器比电压驱动功率增大的情况还要效率高的多，对于步进电机运行过程中出现的低频共振现象的消除起着重要的作用，并且维护了进步电机运行的稳定程度。

专门的芯片可以促使环形脉冲分配器实现逻辑驱动，当然，斩波恒流驱动也会由此发挥作用，控制电路的复杂性，无形当中增加了系统的运营成本，这是其功能发挥带来的弊端。

另外，环1/ 5状脉冲分配器这位作为重要的处理器，包含了很多有效信息，比如在步进电机运行中，因为速度和角度的不同导致的时钟脉冲信号信息不一致等。

本文利用了CPLD，这个几问题上更直接，并且简化了系统的硬件结构，减少了对处理器资源的依赖。

2 系统信息发挥原理CPLD器件的使用，完全简化了系统硬件电路结构，在处理器安排上更能体现系统的总线情况，而且也对步进电机控制驱动系统的命令发送提供了有效的资源形式，获得了系统的应允和状态呈现。

步进电机的驱动完全控制在CPLD之下，能较大程度的降低处理器运行负担，为效率的提升带来好处。

处理器控制步进电机驱动的主要支柱就是CPLD，是环状脉冲分配器控制了寄存器，并且设置了步进电机励磁方式，当分频器的寄存器将分频数字写下时，对于分频系数的大小就更有把握，并且还能明晰具体的步进电机的转数。

复杂可编程逻辑器件(CPLD)在DSP交流电机控制系统中的应用王宝国;宗鸣;王凤翔【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2001(005)001【摘要】The architecture and functions of Complex Programmable Logic Device (CPLD) is in troduced in this paper. Its in-system programming (ISP) and high performance on pin-to-pin logic delay on all pins are convenient conditions for designers. An actual AC motor control system design based on DSP and its experimental results show that the system with CPLD is more reasonable and compact.%介绍了复杂可编程逻辑器件(CPLD)的结构和功能、使用方法和步骤。

指出CPLD系统内编程和快速性为使用者提供了方便条件。

电机控制系统设计和实验结果表明，在DSP交流电机控制系统中应用CPLD,会使系统更加合理、紧凑。

【总页数】4页(P40-43)【作者】王宝国;宗鸣;王凤翔【作者单位】沈阳工业大学,;沈阳工业大学,;沈阳工业大学,【正文语种】中文【中图分类】TM301.2【相关文献】1.复杂可编程逻辑器件(CPLD)在船舶随动舵设计中的应用 [J], 胡定军;张芊;窦金生2.可编程逻辑器件CPLD在DSP系统中的应用 [J], 王洪强;郭戎箫;李彦;侯青松3.CPLD在交流电机控制系统中的测速应用 [J], 潘文辉4.复杂可编程逻辑器件（CPLD）在航空115V／400Hz高频链逆变电源中的应用[J], 徐林鹏; 齐蓉5.复杂可编程逻辑器件CPLD专题讲座(Ⅴ)──CPLD的应用和实现数字逻辑单元及系统的设计 [J], 李景华;王君因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于CPLD的步进电机控制器设计王海华，宋蕾辽宁科技大学电信学院 114051摘要：本文设计了一种基于CPLD的步进电机控制系统。

它以CPLD作为核心器件，极大地减少了外围元件的使用。

具有系统扩展性能好、可靠性高、抗干扰能力强、结构简单、成本低廉，不占用CPU时间、易于高速控制等优点。

关键词：步进电机，控制器，CPLD中图分类号：TP393 文献标识码：AThe designing of the stepper motor controlled by the CPLDWang Haihua ,Song LeiUniversity of Science and Technlogy Liaoning 114044Abstract：This paper devices a kind of control system of the stepper motor based upon CPLD. As the core of the device, CPLD implements the most logic functions and minimizes the peripheral components. The distinctive advantages of the system are expandable, stable, simple, lowly-cost and changing functions on system without occupying CPU time etc.Keywords：Stepping motor，Controller，CPLD1、前言步进电机可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率实现调速、快速起停、正反转控制等，由其组成的开环系统简单、可靠，因此它被广泛的运用于数控机床、自动记录仪、工业机器人、无损检测等系统中，步进电机的性能很大程度上取决于其控制系统[1]。

基于单片机和cpld的步进电机控制电路一、什么是基于单片机和CPLD的步进电机控制电路基于单片机和CPLD的步进电机控制电路是一种通过微控制器和可编程逻辑器件（CPLD）来控制步进电机运动的电路。

它是一种传动系统，能够将外部信号转换为驱动电机运动的有序电子信号。

二、步进电机控制电路的组成基于单片机和CPLD的步进电机控制电路由三大部分组成，分别是微控制器（MCU）、可编程逻辑器件（CPLD），以及步进电机驱动器（stepper motor driver）。

其中，微控制器（MCU）负责接收外部信号，并将接收到的信号转换成可识别的电子信号，然后通过CPLD输出到步进电机驱动器，以实现步进电机的控制。

三、步进电机控制电路的原理步进电机控制电路的运行原理如下：步进电机由一系列封装在驱动器内部的集成电路组成，它们对外部输入的信号进行响应，从而控制电机的转动方向和速度。

当外部信号输入电路时，MCU就会接收到相应的指令，并将指令转换成可识别的电子信号，然后通过CPLD输出到步进电机驱动器，从而实现对电机的控制。

四、步进电机控制电路的优点1、具有高精度：由于单片机和CPLD的存在，使得步进电机控制电路的精度得到了大大提高，能够实现连续和精确的控制。

2、具有高效率：由于MCU和CPLD具有快速响应，使得步进电机控制电路的运行效率得到了大大提高，可以达到毫秒级别的精确控制。

3、具有高可靠性：由于采用微控制器和CPLD作为控制元件，使得步进电机控制电路具有较高的可靠性，能够在恶劣环境下正常工作。

五、步进电机控制电路的应用步进电机控制电路广泛应用于工业自动化、高精度测量、航空航天、机器人技术等领域，能够有效提高系统的运行精度和效率，为工业自动化系统提供了良好的控制支持。

应用笔记488利用MAX II CPLD 实现步进电机控制器引言本应用笔记详细介绍怎样利用Altera ® MAX ® II CPLD 来实现步进电机控制器。

您可以使用定制键盘的几个输入来控制电机。

步进电机步进电机的优点包括精确控制、电机开环控制、自备刹车、无刷等，是各种专业应用最方便的解决方案。

步进电机最常见的应用包括打印机和绘图仪、硬盘驱动器、机器人、CNC 车床等精密机械装置。

步进电机的结构为电磁线圈围绕由磁性材料构成的转子，当电磁螺旋线圈连续充电时，产生的磁激力(MMF)和转子相互作用，使转子在磁场中顺时针或者逆时针旋转。

根据电机要移动的位置，按照一定的模式接通或者关断电磁场，就可以控制电机的角度位置。

利用MAX IICPLD 实现步进电机控制器本设计中实现的电机控制器采用了MAX II 器件来控制(根据预先确定的方式) 单极永磁步进电机的行为和动作。

本设计利用演示板上的几个开关和按钮来提供用户接口。

这一电机控制器设计具有以下几个优点：■两种方式来控制电机的启动和停止，选择前转和后转：手动控制(通过用户接口)和自动控制(通过微控制器)。

■两种工作模式：连续模式和步进模式。

■所有的MAX II 器件都具有独特的内部振荡器，因此不需要外部时钟信号，本设计采用了该振荡器。

图1 所示为步进电机控制器的构成。

考虑到电机的绕组要求，驱动电路由直流电源进行供电。

根据控制器逻辑， 和CPLD 连接的端口驱动电机驱动器的输入，从而驱动步进电机。

控制器采用逻辑对电机进行半步控制。

表1对控制器的输入进行了解释。

2007年12月，1.0版图1.利用MAX II CPLD实现步进电机控制器表1.控制器输入信号方向说明RESET输入将电机位置复位到最初的参考位置。

MODE输入在连续模式(普通电机)和步进模式之间选择。

DIR输入转子逆时针旋转。

MOVE输入转子在步进模式中需要这一信号，以半步长沿某一方向移动(45°)。

基于CPLD的无刷直流电机控制器设计设计Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 本科毕业设计Bachelor’S THESIS论文题目：基于CPLD的无刷直流电机驱动器设计浙江理工大学机械与自动控制学院毕业论文诚信声明我谨在此保证：本人所写的毕业论文，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。

论文主体均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。

如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。

声明人（签名）：年月日摘要无刷直流电机（BLDC）利用电子换相装置代替了有刷直流电机的机械换相装置，使其既具有直流电动机的调速性能，且体积小、重量轻、效率高、无励磁损耗等特点，同时又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。

因此在国民经济的各个领域，如医疗机械、仪器仪表、化工、纺织以及家用电器和办公自动化等方面都有广泛的应用。

而在对系统提出响应速度快、精度高、控制板体积小、可靠性高等要求下，采用基于单片机等芯片的控制系统一般难以实现这一要求，而基于DSP等芯片的控制系统一般成本又太高。

但随着无刷直流电机的各种控制方法正日趋成熟，特别是大规模现场可编程门阵列FPGA、CPLD的出现，为实现这些要求提供了可能，本课题便是基于这一背景而提出的。

本文提出了一种基于CPLD的无刷直流电机控制器。

重点分析了控制器的硬件电路组成及其工作原理。

并进一步绘制了控制器的PCB板。

接着针对控制器所肩负的控制任务，提出了完整的控制器算法，并最后用Simulink仿真验证了所提出的控制算法。

关键词：BLDC；CPLD；BLDC控制器；BLDC Simulink 仿真；AbstractBrushless DC motor (BLDC) is using electronic commutation device instead of mechanical commutation device of brush DC motor. BLDC’s speed performance has the characteristics of DC motors, and it is also has small volume, light weight, high efficiency and no excitation loss advantages. BLDC also has the advantages of AC motor, such as simple structure, reliable operation, convenient maintenance, etc…Therefore, BLDC had been using in the wide range fields of national economy, such as medical equipment, instrumentation, chemical, textile, household appliances and office automation.The control requirements of high reliability, such as fast response speed, high precision, small size. Based on MCU chip control system is generally difficult to realize this requirement. And, the cost of control system based on DSP chip is generally too high. However with all kinds of Brushless DC motor control method is becoming more and more mature, especially the large-scale field programmable gate array FPGA, CPLD appeared, provides the possibility to realize these requirements. This topic is proposed on the basis of this background.This paper presents a brushless DC motor controller based on CPLD .Focus on the analysis of the hardware controller and its working principle. And I have completed the design of PCB controller. According to the control task the controller had, a controller algorithm was proposed. And finally, using Simulinksimulation verified that the proposed control algorithm.Key words: BLDC;BLDC controller;BLDC Simulink simulation;目录摘要Abstract第1章绪论 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状和发展趋势 (1)1.2.1无刷直流电机简介 (1)1.2.2无刷直流电机的控制技术 (3)1.2.3无刷直流电机控制技术的发展趋势 (6)1.3本文的研究内容 (7)第2章控制器硬件电路设计 (9)2.1电路的总体结构 (9)2.2各模块解析 (10)2.2.1三相桥逆变电路 (10)2.2.2逆变电路MOS管的驱动电路.. 142.2.3逆变电路MOS管的过流保护电路 (16)2.2.4电源管理 (20)2.2.5 CPLD主控 (24)2.2.6人机接口 (24)2.3 PCB设计 (29)第3章控制算法设计 (31)3.1 控制算法 (31)3.1.1 控制器所要完成的任务 (31)3.1.2 控制器任务的实现 (32)3.2 Simulink介绍 (34)3.3 Simulink建模 (35)3.3.1 BLDC模型 (35)3.3.2 控制器逆变电路模型 (39)3.3.3 控制器控制算法建模 (41)3.3.3.1 任务1：电机转速控制 413.3.3.2 任务2：电机正反转控制 (42)3.3.3.3 任务3：电机制动控制 443.3.3.4 任务4：逆变桥MOS管过流保护控制 (45)3.3.4 Simulink仿真设置 (46)3.4 Simulink仿真分析 (47)3.4.1 Simulink模型验证 (48)3.4.2 Simulink模型测试 (52)第4章总结 (54)4.1 总结 (54)4.2 展望 (54)参考文献 (55)致谢 (57)第1章绪论1.1课题的背景和意义无刷直流电机是在有刷直流电机的基础上产生发展而来的。

CPLD在IGBT驱动设计中的应用作者：华中理工大学（430074）侯志雄熊有伦来源：《电子技术应用》摘要：介绍了一个实用ＩＧＢＴ驱动信号转换电路的ＣＰＬＤ设计　并给出了该设计的仿真波形。

关键词：ＰＷＭＣＰＬＤＩＧＢＴＶＨＤＬ自顶向下随着国民经济的不断发展，变频调速装置的应用越来越广泛。

如何打破国外产品的垄断，已成为一个严肃的课题摆在我国工程技术人员的面前。

在某型号大功率变频调速装置中，由于装置的尺寸较大，考虑到结构和散热的条件，主控板上ＤＳＰ产生的ＰＷＭ信号需经过较长的距离才能送到ＩＧＢＴ逆变单元中。

为保证ＰＷＭ信号传输的准确性和可靠性，必须解决以下几个问题：首先是抗干扰问题　变频器工作时，ＩＧＢＴ的开关动作会产生高频干扰信号 其次是如何保证ＰＷＭ信号的前、后沿质量，减少ＩＧＢＴ开关动作的过渡过程　最后是如何减少布线电感，尽可能缩短ＰＷＭ信号传输距离，避免过多的内部连线。

1 总体设计原则上说，从触发电路到ＩＧＢＴ栅极和发射极的引线应做到既短又一致。

但随着变频调速装置功率的不断增大，装置的尺寸也在增大，散热条件要求更高。

由于结构设计上的种种原因，真正做到这点有很多实际困难。

ＤＳＰ产生的ＰＷＭ信号既可以采用串行方式又能以并行方式进行传输，但这两种方式都有着各自的特点。

采用并行方式传输信号（即每一个ＩＧＢＴ模块的栅控端都接一根信号线）会造成系统内部接线过多、接地困难，抗干扰性大大降低，这种情况尤以采用了多重化、多电平技术的变频装置为甚。

若利用串行方式，ＰＷＭ信号的传输速率又受到介质的极大限制。

在目前诸多传输介质中，只有光纤具有损耗低、频带宽、重量轻、不受电磁干扰等突出优点。

ＧＩ型光纤用ＬＥＤ做光源时，传输速率可达１４０Ｍｂｉｔ／ｓ，传输损耗可忽略不计。

ＩＧＢＴ的工作频率通常很少用在１５ｋＨｚ以上，因此以异步串行方式高速传输ＰＷＭ信号时，采用光纤作为传输介质是唯一的选择。

在串行的ＰＷＭ信号送到ＩＧＢＴ的栅控端之前，还需将该信号转化为并行形式。

可编程逻辑器件中的CPLD应用随着科技的不断进步与发展，计算机技术在各个领域都得到了广泛的应用。

而可编程逻辑器件（CPLD）作为一种功能强大、灵活可编程的集成电路，在现代电子系统中起着重要的作用。

本文将从CPLD的定义、原理以及应用等方面进行介绍。

一、CPLD的定义和原理CPLD是一种可编程逻辑器件，其主要由可编程逻辑单元、输入/输出引脚、时钟管理、编程单元等组成。

它通过利用可编程逻辑单元和查找表等技术，可以实现数字逻辑功能的设计和编程。

CPLD采用静态存储器的原理，可以存储复杂的逻辑功能，并且具有高速的运算能力。

CPLD由两个主要部分组成，即逻辑单元和可编程互连资源。

逻辑单元由多个查找表（Look-Up Table，LUT）和触发器（Flip-Flop）组成，可以实现基本的逻辑功能。

可编程互连资源则用于实现逻辑单元之间的互联与通信。

CPLD通过在逻辑单元中配置不同的逻辑电路，实现所需的数字逻辑功能。

二、CPLD的应用领域CPLD具有灵活性强、逻辑功能强大的特点，因此在各个领域都有广泛的应用。

1. 通信领域：CPLD可以用于通信系统中的信号处理、解调、编解码等功能的设计。

例如，它可以被用于实现数字信号的滤波、调制解调、音频处理等功能，提高通信传输的效率和稳定性。

2. 工控领域：CPLD可以用于工业自动化控制系统中。

它可以实现逻辑控制、数据采集、通信协议转换等功能。

例如，它可以用于编写控制算法，实现传感器和执行器之间的协同工作，提高工控系统的稳定性和可靠性。

3. 汽车电子领域：CPLD在汽车电子系统中的应用也较为广泛。

它可以用于车载电子设备的控制和驱动，如车辆的仪表板、发动机控制、车载音响等。

CPLD能够提供灵活的数字逻辑控制，满足汽车电子系统对于可编程控制的需求。

4. 视频与图像处理领域：CPLD也可以应用于视频与图像处理领域。

例如，它可以用于视频信号的采集与处理、图像的压缩与解压缩、图像的增强和滤波等。

收稿日期:2008-05作者简介:田径(1985 ),男,在读本科生,研究方向为自动化控制。

图2 工作电压以及J TAG 下载模块CPLD 直流电机闭环控制系统田 径,储海兵(东南大学自动化学院,江苏南京210096)摘要:系统使用MAX 系列CPLD 芯片对直流电机速度进行控制,利用CPLD 芯片的高速性能,获得极佳的实时控制性能。

同时,控制系统中引入上位机控制功能,可方便地对电机进行远程控制。

关键词:CPLD ;实时速度控制;电源隔离;串口通信中图分类号:TM 930 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2008)08-0025-03BLDC M otor s C losed l oop Control Syste m B ased on CPLD Sol utionTI AN Jing ,C HU H ai b i n g(Co ll ege of A utoma ti on ,Southeast U niversity ,N anji ng 210096,Ch i na)Abst ract :A m otor s c l o sed loop contr o l syste m based on CPLD is introduced i n th is paper .H igh speed perf o r m ance of CPLD ch i p s is used to ach ieve rea l ti m e contr o.l And the C o mpu ter S tation Con tro l is i n troduced .The contro l re su lts sho w that t h e syste m can effectively controlM otor s speed .K ey w ords :CPLD;rea l ti m e speed contro;l po w er supp l y iso lation;serial co mm un icati o n1 系统描述图1为系统结构框图。