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--- 旋转调节系统设计 [2018/10/22 13:56]
anran [实验原理]
+++ 旋转调节系统设计 [2020/01/18 21:55] (当前版本)
gongyu
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-=====旋转调节系统设计=====
+### 基于旋转编码器的调节系统设计
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-====实验任务====
+---
+#### 实验任务
   * 任务：基于 STEP-MAX10M08核心板 和 STEP BaseBoard V3.0底板 完成旋转调节系统设计并观察调试结果
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   * 解析：通过FPGA编程驱动旋转编码器获取操作信息，根据操作信息控制变量增加或减小，最后驱动独立式数码管将变量显示出来。
-====实验目的====
+####实验目的
 在基础数字电路实验部分我们已经掌握了FPGA驱动独立显示数码管的原理及方法，本实验主要学习旋转编码器的驱动原理，最后完成旋转调节系统总体设计。
   * 熟悉独立显示数码管驱动模块的应用
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-====设计框图====
+####设计框图
 根据前面的实验解析我们可以得知，该设计可以拆分成三个功能模块实现，
   * Encoder：通过驱动旋转编码器获取操作信息数据。
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 {{:4-Top-Down层次设计.png?500|Top-Down层次设计}}{{:4-模块结构设计.png?500|模块结构设计}}
-====实验原理====
+####实验原理
-===旋转编码器介绍===
+#####旋转编码器介绍
 旋转编码器（rotary encoder）也称为轴编码器，是将旋转位置或旋转量转换成模拟或数字信号的机电设备。旋转编码器用在许多需要精确旋转位置及速度的场合，如工业控制、机器人技术、专用镜头、电脑输入设备（如鼠标及轨迹球）等。
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 STEP BaseBoard V3.0底板上集成的旋转编码器就是机械增量式的。
-===旋转编码器连接===
+#####旋转编码器连接
 STEP BaseBoard V3.0底板上旋转编码器的电路图如下：
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   * 3、4、5管脚支持旋转编码，4脚为公共端，3、5管脚分别为旋转编码器的A、B相输出，如上图所示，我们给4脚接地，3、5管脚则需要接上拉电阻，同时为了降低输出脉冲信号的抖动干扰，我们有增加了电容到地做硬件去抖。
-===旋转编码器驱动设计===
+#####旋转编码器驱动设计
 {{:4-编码器原理示意.jpg?500|编码器原理示意}}
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   * 逆时针旋转时，B触点超前于A触点接触和错开圆形齿轮，B信号脉冲相位超前
-{{:4-编码器顺时针旋转时序.jpg?600|编码器顺时针旋转时序}}
+{{:4-编码器顺时针旋转时序.png?600|编码器顺时针旋转时序}}
-{{:4-编码器逆时针旋转时序.jpg?600|编码器逆时针旋转时序}}
+{{:4-编码器逆时针旋转时序.png?600|编码器逆时针旋转时序}}
 根据时序图可以看出旋转编码器顺时针或逆时针旋转时，A相信号超前或滞后B相信号，FPGA接收到旋转编码器的A、B信号时，可以根据A、B的状态组合判定编码器的旋转方向。 程序设计中我们可以对A、B信号检测，检测A信号的边沿及B信号的状态，
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 所以通过上面程序最终实现了左旋右旋的脉冲输出，脉冲的脉宽等于系统时钟的周期。
-===系统总体实现===
+#####系统总体实现
+回顾旋转调节系统设计框架，刚刚我们已经学习完成了旋转编码器的驱动设计，在基础数字电路实验部分我们已经掌握了FPGA驱动独立显示数码管的原理及方法， 模块通过一个4位的输入传递要显示的数值，通过9位的输出控制数码管显示该数值，这里我们不再重复，还需要设计一个模块，通过旋转编码器模块脉冲输出控制变量在0~99范围内加减变化。
+	关于BCD码在基础数字电路实验部分已经接触过，BCD码(Binarycoded Decimal)，是用4位二进制码的组合代表十进制数的码制方法，这样显示更符合人的阅读习惯，所以BCD数值变化要求满9进1。
+脉冲控制变量在0~99范围变化，左旋减，右旋加，程序实现如下
+<code verilog>
+//key_pulse transfer to seg_data
+always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
+	if(!rst_n) begin
+		seg_data <= 8'h50;
+	end else begin
+		if(L_pulse) begin
+			if(seg_data[3:0]==4'd0) begin
+				seg_data[3:0] <= 4'd9;
+				if(seg_data[7:4]==4'd0) seg_data[7:4] <= 4'd9;
+				else seg_data[7:4] <= seg_data[7:4] - 1'b1;
+			end else seg_data[3:0] <= seg_data[3:0] - 1'b1;
+		end else if(R_pulse) begin
+			if(seg_data[3:0]==4'd9) begin
+				seg_data[3:0] <= 4'd0;
+				if(seg_data[7:4]==4'd9) seg_data[7:4] <= 4'd0;
+				else seg_data[7:4] <= seg_data[7:4] + 1'b1;
+			end else seg_data[3:0] <= seg_data[3:0] + 1'b1;
+		end else begin
+			seg_data <= seg_data;
+		end
+	end
+end
+</code>
+综合后的设计框图如下：
+{{:4-rtl设计框图.png?800|rtl设计框图}}
-====实验步骤====
+####实验步骤
   - 双击打开Quartus Prime工具软件；
   - 新建工程：File → New Project Wizard（工程命名，工程目录选择，设备型号选择，EDA工具选择）；
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-====实验现象====
+####实验现象
+将程序下载到实验平台，核心板数码管显示50，旋转编码器左旋（逆时针）数值减小，旋转编码器右旋（顺时针）数值增加，旋转编码器旋转时有顿挫感，每次顿挫数值变化1。