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現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列的三自由度的數(shù)字控制系統(tǒng)機(jī)械手 摘要 這項(xiàng)工作是以展示設(shè)計(jì)過(guò)程和執(zhí)行三自由度機(jī)械手為目的的，被由超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言的數(shù)字系統(tǒng)控制，以及被現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列執(zhí)行。用于控制的數(shù)字系統(tǒng)是通過(guò)互相連接的電路和功能塊設(shè)計(jì)的。 現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列終端被用來(lái)控制三個(gè)步進(jìn)電機(jī)序列，這種方式實(shí)現(xiàn)了三自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，在控制系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)中的接口階段是被基于晶體管的電力電子電路所開(kāi)發(fā)的。這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)試圖說(shuō)明設(shè)計(jì)階段以及主要關(guān)于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的數(shù)字控制系統(tǒng)的理論模型。對(duì)于這種情況，機(jī)械手設(shè)計(jì)并不依賴一個(gè)特定的情況，這是一個(gè)免費(fèi)的軌跡，與此同時(shí)用戶能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列的界面決定機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手通常沒(méi)有能力去移動(dòng)大部件，既不能升大重力物體，也不能成為一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)模型和被每個(gè)人訪問(wèn)除非能用可循環(huán)材料建造它，它被做成這種形式只是處于教育的目的。 1.介紹 對(duì)現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，根本不可能去構(gòu)思他們的生活如果沒(méi)有數(shù)字電子的存在，因?yàn)殡娮討?yīng)用出現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ钪械臄?shù)量是巨大的，數(shù)字電子的應(yīng)用是非常多和非常普遍的。 【1】傳感器，微芯片和致動(dòng)器被普遍用于現(xiàn)在生產(chǎn)中。甚至傳統(tǒng)的機(jī)械工程領(lǐng)域的汽車工業(yè)也用微芯片在現(xiàn)代交通工具和機(jī)械結(jié)構(gòu) 【2】機(jī)電一體化和有關(guān)的各種學(xué)問(wèn)去接近設(shè)計(jì)工程發(fā)展的解決方案，提供一個(gè)重要的方向來(lái)跟隨教學(xué)和研究。因此,對(duì)成功的工程師來(lái)說(shuō)這樣一個(gè)多學(xué)科學(xué)位的教學(xué)已經(jīng)成為必要。 【3】世界上的大學(xué)用在機(jī)電一體化和機(jī)電工程方面介紹新學(xué)位來(lái)回報(bào)的方式出現(xiàn)。因?yàn)樵谙嗤姆绞?它也通常發(fā)生在數(shù)字電子技術(shù)和電子產(chǎn)品，在很多應(yīng)用里我們能找到電子設(shè)備涉及機(jī)械設(shè)備，其中的一個(gè)應(yīng)用就是機(jī)械結(jié)構(gòu)控制。 【4】在控制和施工條件下，教育和演示目的一個(gè)機(jī)械手,和大的工業(yè)機(jī)械手有相同的結(jié)構(gòu)的，因此，理解用于控制他們的技術(shù)的設(shè)計(jì)是非常重要的。每一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)始于一組規(guī)格和完成模式開(kāi)發(fā)的特性，此外它它用布爾運(yùn)算功能所表示的邏輯圖結(jié)束，同時(shí)它被編程到現(xiàn)場(chǎng)可編程陣。 【5】實(shí)際上,邏輯設(shè)計(jì)師的任務(wù)是簡(jiǎn)化使用描述性語(yǔ)言的電路。雖然多樣化的描述性語(yǔ)言存在，非常高速的集成硬件描述語(yǔ)言是最受歡迎的和使用時(shí)間最長(zhǎng)的。硬件描述語(yǔ)言的描述性語(yǔ)言的目的是開(kāi)展在可編程序邏輯方面的電路領(lǐng)悟，這技術(shù)是已知的像設(shè)計(jì)合成。 被提出的數(shù)字系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)械臂是由自上而下的分層設(shè)計(jì)技術(shù)。使用這種技術(shù),設(shè)計(jì)師有從容分開(kāi)設(shè)計(jì)階段,確定幾個(gè)抽象水平，能夠治療系統(tǒng)黑盒來(lái)開(kāi)發(fā)他們用并行方式。這個(gè)項(xiàng)目被分為三個(gè)主要部分來(lái)講:機(jī)械部分的手臂,電力電子接口電路和FPGA階段。非常重要的說(shuō),擬議中的數(shù)字系統(tǒng)的用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)是不會(huì)考慮一個(gè)特定的軌跡。在這個(gè)項(xiàng)目中,數(shù)字系統(tǒng),如同樣的方式,機(jī)械設(shè)計(jì),不依賴任何運(yùn)動(dòng)軌跡。這是一個(gè)被推薦的FPGA接口所以運(yùn)動(dòng)軌跡是由用戶決定。圖1顯示了這個(gè)項(xiàng)目是主要部分劃分: 圖1設(shè)計(jì)過(guò)程階段 2.發(fā)展 2.1機(jī)械階段 機(jī)械階段重點(diǎn)建設(shè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，為此，各種各樣的元素被實(shí)用，如鋁鏈接、齒輪、滑輪、帶輪、步進(jìn)電機(jī)、軸、參考線以及一些公共設(shè)施的元素在停止實(shí)用的的電子設(shè)備中都有包含。這個(gè)階段的項(xiàng)目很有趣,因?yàn)樵邶X輪、帶輪、滑輪中的機(jī)械聯(lián)合體，他們自己的生產(chǎn),所有機(jī)械設(shè)備被放置在一個(gè)精確的方式來(lái)獲得想要的運(yùn)動(dòng)。圖2顯示了機(jī)械作臂是如何建立。 圖2三自由度的機(jī)械臂結(jié)構(gòu) 圖2顯示了臂是如何被建立去完成三自由度的運(yùn)動(dòng):在圖像的劣質(zhì)部分，第一馬達(dá)是被鑒別的,允許整體的運(yùn)動(dòng)基于手臂的位置;在左邊圖像的優(yōu)越部分的馬達(dá)有助于開(kāi)展二自由的運(yùn)動(dòng),相當(dāng)于第一個(gè)鏈接的運(yùn)動(dòng)，以其各自的機(jī)械連接,允許想要運(yùn)動(dòng)離開(kāi);最后,圖2也顯示了步進(jìn)電機(jī),是定位于攜帶出了運(yùn)動(dòng)的第三和最后的自由度，適當(dāng)?shù)募尤脒@個(gè)運(yùn)動(dòng)反映了機(jī)制的第二環(huán)節(jié)。機(jī)械臂結(jié)構(gòu)是建立在一個(gè)自由的方式,對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目沒(méi)有必要采取合成過(guò)程來(lái)確定結(jié)構(gòu)尺寸,比如鏈接的長(zhǎng)度，基于一個(gè)特定的精密點(diǎn)軌跡。結(jié)構(gòu)尺寸是任意選擇的和機(jī)械臂結(jié)構(gòu)不是考慮一個(gè)特定的運(yùn)動(dòng)軌跡而建立。圖2沒(méi)顯示了機(jī)械臂的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于目前情況下,執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是一個(gè)螯,伊瑪目,一個(gè)支承面,一個(gè)電磁鐵,一支鉛筆,它實(shí)際上可以是任何東西,機(jī)械臂執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用戶的決定。 2.2電子階段 電子的階段主要是使用的電力電子接口連接FPGA和步進(jìn)電機(jī)安裝在機(jī)械臂結(jié)構(gòu)。這個(gè)FPGA包含一個(gè)非常廣泛的邏輯包為了應(yīng)用現(xiàn)狀，但它的終端不能直接與步進(jìn)電機(jī)相連接，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)電流的需求比支持現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的要大得多。為了解決這個(gè)問(wèn)題,有必要實(shí)現(xiàn)”接口電路”,它可以解釋FPGA輸出和采取相應(yīng)的行動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)給必要的和足夠的力量,同時(shí)FPGA是受保護(hù)的。為此,光學(xué)絕緣體被用來(lái)在FPGA輸出和步進(jìn)電機(jī)的輸入間消除身體接觸。圖三顯示了電路的應(yīng)用原理圖：電力電子接口電路顯示在圖3是只有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)相,它是必須實(shí)現(xiàn)12次同樣的電力電子接口電路，因?yàn)槊恳粋€(gè)步進(jìn)電機(jī)有四相和這個(gè)項(xiàng)目使用三個(gè)步進(jìn)電機(jī)相來(lái)運(yùn)動(dòng)。有時(shí)FPGA輸出有一個(gè)非常低電壓水平,這就是為什么另一個(gè)電子電路選擇界面在FPGA和光絕緣子之間放一個(gè)緩沖區(qū),但對(duì)于目前的項(xiàng)目它不是必需的。光絕緣子輸出與相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)相具有相同的狀態(tài)（激活或禁用），但它是孤立于FPGA和有一個(gè)電壓水平稍高于它的輸入。光絕緣體輸出不能提供步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需求的電流，這就是為什么電力階段是適當(dāng)?shù)?。高輸出增益的達(dá)林頓晶體管配置,被用在功率階段。最后,接口電路也有相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)相線可用的連接器:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的終端連接到供給電壓(Vcc)，相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)相連接達(dá)林頓晶體管集電極。圖4顯示了完整的接口電子電路的實(shí)作界面及其到FPGA的連接: 圖4連接到FPGA電力電子接口電路 有許多不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)功率電子接口電路,因?yàn)橛写罅康碾娏﹄娮釉O(shè)備可以使用，這只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電力電子接口電路和用戶可以決定使用哪些電子設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)它。 2.3現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列階段 FPGA階段包括在被VHDL描述的數(shù)字系統(tǒng),它能夠控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)提供了激活感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)資格的選擇：用戶選擇想激活的電動(dòng)機(jī)，它移動(dòng)的意義和希望最后它可以激活運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始?？梢允褂玫目删幊踢壿嬜鳛橐环N個(gè)性化的邏輯設(shè)計(jì),也就是說(shuō),設(shè)計(jì)思考關(guān)于自己的硬件。第一個(gè)器件是編程的通過(guò)面具,他們被電腦制造商開(kāi)發(fā)的,在60年代初可編程序邏輯到達(dá)可融化的程度，從那時(shí)，這種技術(shù)對(duì)大小用戶的使用都很普遍。用一種更簡(jiǎn)單的方法來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)為控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)多樣化，它們使用的功能塊允許執(zhí)行必要的功能。數(shù)字系統(tǒng)被以下功能模塊建造借助分層設(shè)計(jì)基金會(huì):時(shí)間坐標(biāo),步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī)和控制有限狀態(tài)機(jī)。 圖5數(shù)字系統(tǒng)功能塊 圖5顯示了數(shù)字系統(tǒng)功能塊并給出一個(gè)關(guān)于的互聯(lián)互通他們的主意，包括用戶選項(xiàng)用于選擇一些機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。時(shí)間坐標(biāo)功能塊是像一個(gè)振蕩器,它確實(shí)沒(méi)有從用戶收到任何價(jià)值或命令，但它發(fā)送一個(gè)預(yù)先確定的和持續(xù)期脈沖控制有限狀態(tài)機(jī),對(duì)于這種情況,周期是1 ms;在時(shí)間坐標(biāo)生成的相對(duì)低頻脈沖功能塊用于處理相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)相來(lái)通過(guò)電力電子接口電路，同時(shí),它允許解釋目前步進(jìn)電機(jī)階段狀態(tài)，來(lái)影響運(yùn)動(dòng)序列有變化的時(shí)候；具體來(lái)說(shuō),時(shí)間坐標(biāo)功能塊設(shè)計(jì)可以像一個(gè)常數(shù)模塊計(jì)數(shù)器,由用戶決定的計(jì)時(shí)模塊，這種方式,時(shí)基脈沖周期可以有很多價(jià)值,但是所給的不改變；這是必要的時(shí)間坐標(biāo)脈沖對(duì)電力電子接口電路設(shè)備有一個(gè)好操作。步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī)接收來(lái)自使用步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向感(連續(xù)波或反時(shí)針?lè)较?和步驟類型(退或全部步驟)值,同時(shí)用戶選擇步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的資格信號(hào)。顯而易見(jiàn),用戶激活相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)將感覺(jué)信號(hào),這一步類型的信號(hào)和選擇想要移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，所以機(jī)械臂結(jié)構(gòu)可以采取很多不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。這是為什么機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)確實(shí)不依賴于一個(gè)特定的運(yùn)動(dòng)軌跡,因?yàn)橛脩艨梢詻Q定,實(shí)際上決定了,機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有限狀態(tài)機(jī)發(fā)送來(lái)控制有限狀態(tài)機(jī)的相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)相階段與從用戶選取的運(yùn)動(dòng)特征;步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī)包含適當(dāng)?shù)牟竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)相序?yàn)榱松蓛蓚€(gè)感覺(jué)運(yùn)動(dòng),也包括一半和完整的步驟運(yùn)動(dòng)。 圖6步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī) 圖6顯示了步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī)的國(guó)家和它的特征。資格信號(hào),轉(zhuǎn)換信號(hào)和步進(jìn)式信號(hào)是輸入信號(hào)和它們的值從用戶直接定義的。步進(jìn)電機(jī)的階段可以分化為兩種不同的方式:第一個(gè)只有一個(gè)極化階段,第二個(gè)有兩個(gè)極化階段?？傊?步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī)認(rèn)為四個(gè)狀態(tài)只有一個(gè)極化階段和另外四個(gè)個(gè)狀態(tài)的兩個(gè)極化階段,這樣一般和完整的步驟運(yùn)動(dòng)都能生成。沒(méi)有任何國(guó)家有三個(gè)或四極化階段,因?yàn)樗皇且粋€(gè)為了興趣的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。圖6也顯示了可能的運(yùn)動(dòng)序列:連續(xù)波和完整的步驟,連續(xù)波和半步驟,反時(shí)針?lè)较蚝屯暾牟襟E,最后,反時(shí)針?lè)较蚝桶氩襟E。步進(jìn)電機(jī)的有限狀態(tài)機(jī)在圖6提供了一個(gè)參考狀態(tài),有限狀態(tài)機(jī)決定當(dāng)復(fù)位信號(hào)(RST)被激活。復(fù)位和fpga時(shí)鐘信號(hào)是最高層次的信號(hào)因?yàn)閺?fù)位信號(hào)重啟所有數(shù)字系統(tǒng)和時(shí)鐘信號(hào)，使這個(gè)設(shè)計(jì)成為一個(gè)同步數(shù)字系統(tǒng)確定數(shù)字系統(tǒng)操作速度,但另一個(gè)高的層次結(jié)構(gòu)信號(hào)是資格信號(hào),有資格的信號(hào)用戶允許或者阻礙選擇的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng),這樣,當(dāng)資格信號(hào)是禁用的步進(jìn)電機(jī)不動(dòng)。轉(zhuǎn)變感覺(jué)和步進(jìn)式信號(hào)不會(huì)有一個(gè)高的層次,但他們是很重要的,因?yàn)樗麄儧Q定運(yùn)動(dòng)特性。對(duì)于目前項(xiàng)目有必要考慮半步驟的運(yùn)動(dòng),因?yàn)樗歉_的運(yùn)動(dòng)相比完整步驟的運(yùn)動(dòng),這種方式,提出的控制數(shù)字系統(tǒng)提供了兩種精度水平的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng),因此,可能得到更好的機(jī)械臂定位。控制有限狀態(tài)機(jī)接收時(shí)間坐標(biāo)脈沖,相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)相狀態(tài)依據(jù)從用戶和步進(jìn)電機(jī)的選擇信號(hào)選定的運(yùn)動(dòng)特性;時(shí)間坐標(biāo)脈沖步進(jìn)電機(jī)相階段來(lái)自內(nèi)部功能塊,但步進(jìn)電機(jī)選擇信號(hào)來(lái)自用戶;控制有限狀態(tài)機(jī)詮釋步進(jìn)電機(jī)相狀態(tài)依賴于從步進(jìn)電機(jī)有限狀態(tài)機(jī)選擇的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性,用戶選擇步進(jìn)電機(jī)希望移動(dòng)和控制有限狀態(tài)機(jī)指定相狀態(tài)到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這個(gè)過(guò)程是按以下方式進(jìn)行:控制有限狀態(tài)機(jī)接收步進(jìn)電機(jī)相狀態(tài)擁fpga時(shí)鐘速度,這就是說(shuō),每一個(gè)fpga時(shí)鐘脈沖控制有限狀態(tài)機(jī)更新對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)階段狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)資格信息,這樣,任何運(yùn)動(dòng)序列幾乎立即改變產(chǎn)生的相關(guān)的行動(dòng)，F(xiàn)PGA輸出狀態(tài)也幾乎立即反映這種變化的影響;時(shí)間坐標(biāo)功能塊的工作作為一個(gè)常數(shù)模塊計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制有限狀態(tài)機(jī)的一個(gè)由設(shè)計(jì)師決定的常數(shù)周期脈沖。 控制有限狀態(tài)機(jī)發(fā)送給FPGA輸出相應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相階段來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī), 但不是在fpga時(shí)鐘速度,它發(fā)送那個(gè)的價(jià)值在時(shí)間坐標(biāo)脈沖速度。所有數(shù)字系統(tǒng)提出功能塊是和fpga時(shí)鐘完全同步的，但有必要減少它的頻率并用一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行相應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相狀態(tài)。 1. 結(jié)果 結(jié)果的每一個(gè)階段在那個(gè)設(shè)計(jì)里被劃分成以下部分: 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)被建立在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b電機(jī),在每一個(gè)三自由度生成一個(gè)自由運(yùn)動(dòng); 一個(gè)基于功率晶體管的接口電路設(shè)計(jì), 連接FPGA與步進(jìn)電機(jī); 最后,一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)被設(shè)計(jì)生成必要的和適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)控制機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)。如前所述,無(wú)論是機(jī)械臂結(jié)構(gòu)和控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字系統(tǒng)并不是考慮一個(gè)特定的運(yùn)動(dòng)軌跡, 但它是提出一個(gè)FPGA接口采取關(guān)于轉(zhuǎn)換意義相應(yīng)的價(jià)值, 步進(jìn)式和從用戶選擇的步進(jìn)電機(jī)。在接下來(lái)的四個(gè)圖片,可以看到控制數(shù)字系統(tǒng)仿真程序的結(jié)果。這是重要的說(shuō),照片顯示所有可能的運(yùn)動(dòng)的類型,連續(xù)波和完整步驟,反時(shí)針?lè)较蚝屯暾襟E,連續(xù)波和半步驟,CCW和半步驟,最后, 一個(gè)額外的“堅(jiān)持”的狀態(tài),但只有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。仿真結(jié)果,數(shù)字7,8,9和10展示只會(huì)是選擇步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)選項(xiàng)。為了獲得一個(gè)正確的模擬他們定義一些控制信號(hào)。 這些信號(hào)是一種標(biāo)志,可以給關(guān)于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)條件的一些信息:信號(hào)（RST）有能力重啟完整數(shù)字系統(tǒng), 在模擬的開(kāi)始它被激活, 過(guò)很短的時(shí)間,然后它使其余的仿真市區(qū)能力; 時(shí)鐘信號(hào)(時(shí)鐘)正是FPGA時(shí)鐘信號(hào), 它有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的50mhz的頻率；使感覺(jué)信號(hào)(C)選擇連續(xù)波或反時(shí)針?lè)较蚋淖兏杏X(jué), 如果它是禁用的，默認(rèn)轉(zhuǎn)換感覺(jué)是連續(xù)波轉(zhuǎn)換感覺(jué), 如果轉(zhuǎn)換感覺(jué)信號(hào)被激活然后步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)是在反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)換感覺(jué); 步式信號(hào)(F)選擇步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)式, 它被激活時(shí)將選擇一個(gè)完整步驟序列，當(dāng)它被禁用了默認(rèn)類型是半步序列; 啟動(dòng)類型運(yùn)動(dòng)信號(hào)(STM)只是一個(gè)控制信號(hào),表明準(zhǔn)確即時(shí)當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性改變時(shí); 步信號(hào)(S)只是一個(gè)控制信號(hào),提示號(hào)碼必要的步驟來(lái)完成這個(gè)步驟類型選擇序列; 信息傳輸信號(hào)(S)是一個(gè)標(biāo)志信號(hào)表明信息在正確的方式轉(zhuǎn)移, 當(dāng)它被禁用時(shí),信息轉(zhuǎn)移是正確的; 準(zhǔn)備好信號(hào)是一個(gè)旗語(yǔ)，這是激活顯示選定的運(yùn)動(dòng)的完成, 而且它也被激活當(dāng)選擇的步進(jìn)電機(jī)是在“堅(jiān)持”狀態(tài); 最后,這個(gè)階段信號(hào)(φ)是一個(gè)信號(hào)總線,代表選擇的步進(jìn)電機(jī)相狀態(tài)。一個(gè)關(guān)于模擬過(guò)程的重要解釋已經(jīng)有結(jié)果，可以看到步進(jìn)電機(jī)序列是做在一個(gè)比FPGA標(biāo)準(zhǔn)頻率較低的頻率的改變。圖7顯示了模擬的第一部分,可以看到它完成半步和連續(xù)波序列, 和一些半連續(xù)波序列。圖8顯示第二部分的仿真。我們可以看到半步和連續(xù)波序列的結(jié)束退的武器序列,和的完整步驟連續(xù)波序列的開(kāi)始。圖9顯示了模擬的第三部分, 我們可以看到完整步驟和連續(xù)波序列的結(jié)束,和完整步驟反時(shí)針?lè)较蛐蛄械拈_(kāi)始。圖10顯示了最后一部分的仿真, 它可以看到全部步驟和反時(shí)針?lè)较蛐蛄械慕Y(jié)束,和保持狀態(tài)。 4總結(jié) 機(jī)電一體化使用其他工程分支的知識(shí)，但是它有它的技術(shù)問(wèn)題, 應(yīng)用程序和作為獨(dú)立的工程的特定的設(shè)計(jì)。這個(gè)項(xiàng)目需要應(yīng)用先前獲得的知識(shí)和技能,如:數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)(有限狀態(tài)機(jī));硬件描述語(yǔ)言(VHDL); 分層設(shè)計(jì)技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)使用FRGA。 電子電路設(shè)計(jì)(接口和驅(qū)動(dòng)電路); 最后,發(fā)動(dòng)機(jī)和致動(dòng)器(步進(jìn)電機(jī))。選擇一個(gè)FPGA設(shè)計(jì)的主要的理由是提供工具來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的快速原型，這是必不可少的在當(dāng)前的電子行業(yè)，反應(yīng)當(dāng)前的行業(yè)慣例; 和使用VHDL硬件描述語(yǔ)言來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)。 合成和實(shí)際硬件作為一個(gè)替代設(shè)計(jì)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。這個(gè)項(xiàng)目的用戶界面可以是一個(gè)電腦鍵盤,計(jì)算機(jī)或電子電路, 但對(duì)于這種情況，選定的用戶界面是FPGA自己的控制, 按鈕和開(kāi)關(guān)。這個(gè)用戶界面不是最好的一個(gè),但它是非常實(shí)用和多功能的。最大的并發(fā)癥出現(xiàn)在機(jī)械階段,因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)合結(jié)構(gòu)是自己生產(chǎn)的, 有必要驗(yàn)證那個(gè)元素的位置是否合適來(lái)生成一個(gè)自由運(yùn)動(dòng)。這個(gè)機(jī)械手臂提議是用可回收材料建造的。這個(gè)項(xiàng)目需要一個(gè)非常常見(jiàn)的工業(yè)應(yīng)用:控制機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng), 但在同時(shí),它允許用FPGA做簡(jiǎn)單化系統(tǒng)來(lái)控制復(fù)雜的機(jī)制。三自由度機(jī)械臂的被提出不能移動(dòng)大部件,也不能提重物, 它可以被可回收的材料建立,如在這種情況下, 所以這個(gè)項(xiàng)目的主要目的是說(shuō)明了數(shù)字設(shè)計(jì)流程和被專注于FPGA階段。 References *[1] R. de Jes?us Romero Troncoso, Electr?onica Digital y L?ogica Programable. Lascur?ain de Retana No. 5 C.P. 36000: Universidad de Guanajuato, 1st ed., 2007. [2] V. Giurgiutiu, J. Lyons, D. Rocheleau, and W. Liu, “Mechatronics/microcontroller education for mechanical engineering students at the university of south carolina,” Mechatronics, vol. 15, pp. 1025–1036, 2005. [3] K. C. Aw, S. Q. Xie, and E. Haemmerle, “A fpga-based rapid prototyping approach for teaching of mechatronics engineering,” Mechatronics, vol. 17, pp. 457–461, Octo- ber 2007. *[4] R. Isermann, “Mechatronics design approach,” in The mechatronics handbook (R. H. Bishop, ed.), CRC Press, 2002. *[5] National Semiconductor, Programmable Logic Design Guide, May 1986. *[6] National Semiconductor, Programmable Logic Devices Databook and Design Guide, 1990.