• 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
  • 要求:转动底板上的旋转编码器,调整核心板数码管数值在0~99之间变化,右旋增加,左旋减小。
  • 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。

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
  • 掌握旋转编码器的工作原理及驱动方法
  • 完成旋转调节系统总体设计

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。
  • Decoder:根据旋转编码器操作信息控制变量在0~99范围内加减变化。
  • Segment_led:通过驱动核心板独立数码管将变量数据显示在数码管上。

顶层模块Amp_Adjust通过实例化三个子模块并将对应的信号连接,最终实现旋转调节系统的总体设计。

Top-Down层次设计模块结构设计

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。 旋转编码器以码盘刻孔方式不同分为:绝对式和增量式两类。

  • 绝对式编码器:具有多个不同二进制权重的代码环,每个不同角度产生一个独特的数字代码,表示编码器的绝对位置
  • 增量式编码器:旋转过程中提供周期性输出,不能定位绝对位置,只能用于感知运动方向和增量

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

STEP BaseBoard V3.0底板上旋转编码器的电路图如下:

旋转编码器电路

旋转编码器驱动设计

系统总体实现

  1. 双击打开Quartus Prime工具软件;
  2. 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);
  3. 新建文件:File → New → Verilog HDL File,键入设计代码并保存;
  4. 设计综合:双击Tasks窗口页面下的Analysis & Synthesis对代码进行综合;
  5. 管脚约束:Assignments → Assignment Editor,根据项目需求分配管脚;
  6. 设计编译:双击Tasks窗口页面下的Compile Design对设计进行整体编译并生成配置文件;
  7. 程序烧录:点击Tools → Programmer打开配置工具,Program进行下载;
  8. 观察设计运行结果。