大学课程设计撰写(参考范文)

1、基于 CPLD的放电加工机脉冲电源的设计摘 要本文给出了在模具行业中放电加工机脉冲电源控制部分的原理及硬件、软件设计，基于 ALTERA公司生产的 EPM1270T144C5可编程逻辑器件 CPLD，利用 ALTERA公司的 Quartus 硬件设计软件，采用 Verilog HDL 硬体语言设计控制时序、功能键操作、数字键操作、数码管显示系统等，简化了电路的设计和 IC 芯片的使用，很好的解决了电路复杂、元器件所占体积大、抗干扰能力差、适时控制等问题，大大提高了系统的整体性能。解决了电火花加工机在恶劣的生产条件下脉冲电源丢失、丢步、间歇放电、脉冲电源的脉宽及休止的变化等问题，提高了电火花加工

2、机的性能和加工中的稳定性、生产效率和电极原材料的损耗等加工工艺问题。关键词：放电加加工机 EPM1270T144C5 CPLD Verilog HDL Quartus 脉宽 休止AbstractIn this paper, in the mold industry EDM pulse power supply control part of the theory and hardware, software design, based on the ALTERA company EPM1270T144C5 programmable logic device CPLD, using ALTERA

3、's Quartus software, hardware design, using Verilog HDL hardware body language designed to control timing, function key operation, the number of key operations, such as digital display system, simplifying the circuit design and the use of IC chips, a very good solution to the circuit complexity

4、of the share volume of components, and anti-jamming capability timely control and other issues, greatly improving the overall performance of the system. Solve the EDM machine production in adverse conditions, pulse power loss, lost step, intermittent discharge, pulse power and the rest of the change

5、s in pulse width and so on, to improve the performance of EDM machines in the Stability and processing, production efficiency and electrode wear and tear, such as raw materials processing issues.Key words:Discharge increases machine EPM1270T144C5 CPLD Verilog HDLQuartus resting pulse width目录摘要 .Abst

6、ract.第一章放电加工机脉冲电源简况 .11.1引言 .11.2现阶段火花机脉冲电源状况和发展趋势.11.3脉冲电源的设计结构和概述 .1第二章 EDA、CPLD、 Verilog HDL、Quartus 概述 . .22.1 EDA 技术的发展和优点 .22.2 ALTERA公司生产的 EPM1270T144C5 CPLD概述 .22.3 Quartus应用软件介绍 .4第三章放电加工机脉冲电源设计流程 . .53.1设计方案的规划和论证 .53.2脉冲电源总体设计流程 .5第四章放电加工机脉冲电源软件设计 .144.1软件设计总流程图 .144.2子程式结构流程图 .154.2.1键盘子

7、程式流程图 .154.2.2显示子程式流程图 .164.3系统 Verilog HDL软件.174.4系统软件仿真 .214.4.1电流仿真 .214.4.2脉冲仿真 .22第五章运行分析 . .235.1 综合测试 . .235.2 加工测试23结束语致谢24参考文献25第一章放电加工机脉冲电源简况1.1 引言随着我国的改革开放，模具行业、汽车行业、各种电子产品对接插件的要求等现代化产业不断的崛起，对当今我国加工设备行业是一次巨大的挑战，传统的加工设备如铣床、车床、磨床等重切削设备，不论从加工工艺还是加工产品精度方面都已经不能满足当今的产品加工行业。随着近年来加工中心等数控设备走向加工市场，

8、重切削加工技术不断的提高，但是这些传统的和先进的加工方式在细节加工、特殊材料加工，特别是接插件产品方面就显的捉襟见肘，在这样的环境下柔性加工工艺技术迎运而生，电火花放电加工机就是通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电腐蚀作用对工件进行加工，随着加工市场对加工效率、加工稳定性、加工精度的控制、加工工具电极的损耗、机床设备电路简易化等要求，传统的电火花放电加工机已经不能满足市场需求，传统的放电加工机在恶劣的加工环境下稳定性、机床电柜设计复杂化、抗干扰能力等提到放电加工机设计的日程中。12 现阶段火花机脉冲电源状况和发展趋势随着加工行业的不断提高，特别是汽车行业和模具行业的发展 , 在接插件和轮胎

9、模具方面 , 火花机加工工艺的优点体现的越来越来突出 , 火花机的应用越来越广泛 , 随之而来的要求越来越多 , 特别是在电子产品的外型、尺寸不断的趋向小型化、精密化方向发展，电子产品本身的结构设计需要高精度的、小型化的元件进行生产，以往的火花机加工的产品已经不能满足更细节性、精密等加工和控制，以前使用 IC4528、4538 等脉冲斩波芯片，或者使用 8031、8051 单板机进行设计的脉冲部分已经不能满足火花机行业在性能、结构简洁化、成本低廉化等方面。随着电子产品的高集成化的发展，使得电火花放电机的设计趋于结构简单化、成本低廉化、精密性和稳定性更高性能化发展。13 脉冲电源的设计结构和概述

10、火花机脉冲电源设计主要采用 ALTERA公司生产的 EPM1270T144C5 CPLD IC芯片，使用 Verilog HDL 硬件设计语言来实现，设计的结构包括以下几个方面 :(1) 方案的规划和论证(2) IC 芯片的选用、测试和论证(3) 软件系统规划、结构流程设计和调试(4) 方案的运行和分析第二章 EDA、CPLD、Verilog HDL、Quartus概述2.1 EDA 技术的发展和优点EDA技术主要是指面向专用集成电路设计的计算机技术 , 将 EDA技术与传统电子设计方法进行比较可以看出，传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计，是一种搭积木式的方式，使复杂电路的设计、调试十分

11、困难；如果某一过程存在错误查找和修改十分不便；对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差；只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实泅，因而开发产品的周期长。而电子 EDA 技术则有很大不同，采用可编程器件，通过使用硬件语言进行设计传统 IC 芯片逻辑，并可以自定义使用的芯片的管脚，在计算机上进行模拟、分析和调试，大大减少传统设计方案中复杂的电路设计和电子元器件筛选、测试和选用，增加设计的灵活性、可适时分析调试性，大大缩短了产品的开发周期。2.2 ALTERA 公司生产的EPM1270T144C5 CPLD概述CPLD（ Complex Programmable L

12、ogic Device的简称），是一种结构复杂的可编程逻辑器件， ALTERA公司生产的 EPM1270T144C5 CPLD IC芯片主要的控制功能可分为四类： I/O 扩展、接口桥接、上电顺序和系统配置，如图 2-1 。图 2-1 CPLD 芯片控制功能本芯片可以使用 1.8V 、2.5V 、 3.3V 工作电压，使电源线最短，简化电路板设计，共有 144 管脚封装， Flash 存储器是可进行访问和编程的非易失存储块，可代替 EEPROM非易失存储块，节省成本和电路板空间， Flash 存储块可进行100 次擦写程式，方便设计中的可调性。灵活可自定义的I/O分配，支持多种I/O 电压的多

13、个 I/O 组和其他器件连接，更能灵活的设计每个应用I/O 。2.3 Quartus应用软件介绍Quartus 软件支持 MAX 器件，也是 CPLD设计性能最高和易用的设计软件， Quartus 软件提供了大量的工具，简化和便于 MAX器件的设计，这些7工具包括： VHDL 和 Verilog 硬件描述语言（ HDL）设计方式和综合功能。输入文本形式的设计，转化后进行综合和仿真流程。 原理图设计方式。允许设计者进行不太复杂的电路设计。 增量布局布线。在发生新的设计变化下继续保持设计的性能指标。 PowerGauge功率分析。根据用户指定的设计文件和工作参数估计功耗。 SignalProbe

14、布线技术。增量地将内部接点连接至无用或保留的管脚，用外部示波器或者逻辑分析仪进行分析。 Quartus 软件操作界面如图 2-3 。图 2-3 软件操作界面第三章放电加工机脉冲电源设计流程3.1设计方案的规划和论证基于传统采用共阳极或共阴极数码管设计的放电加工机 , 通过市场调研电脑屏幕人机界面操作模式的放电加工机已成为市场的主流 , 随着数控行业的发展 , 单轴数控和三轴数控机床设备成为未来放电加工机趋势 , 在这样的市场环境下 , 采用数控设备、数字化控制方式成为市场的需求 , 传统的采用 IC 8253 等通过电阻、电容的充放电时间控制脉宽和休止的方式已经不能满足现有的数控设备, 随着

15、IC 行业的发展 , 集成化逻辑模块如 FPGA、 CPLD的性能的提高 , 稳定性、简捷化设计、保密性等成为了设计的主流 . 因此确定使用 CPLD,采用设计软件的模式提高脉冲电源的稳定性设计 , 构成数字化控制的单轴和三轴数控制设计的放电加工机 , 提高放电加工机稳定性、精密化、数控化。3.2 脉冲电源总体设计流程放电加工机的脉冲电源设计总体设计流程如图 3-1 。方案规划、论证IC 芯片选型和论证软件流程规划及设计N软件调试是否满意系统调试运行分析、审核Y完 成图 3-1总体设计流程图第四章放电加工机脉冲电源软件设计41 软件总设计流程图软件总设计流程如图5-1 。建立工程工程文件建立主

16、程式模块及时序控制设计键盘子程式、显示部分子程式、脉冲子程式建立程式是否运行检测模块N编译是否满意Y仿真是否满意Y烧录完成图 4-1 系统软件设计流程图42 子程式结构流程图键盘子程式流程图N键盘子程式流程如图5-2 。确定按键的数量确定键盘扫描的行和列 ,列扫描周期初始化按键行扫描 ,定义按键功能N消除按键抖动按键是否按下Y输出按键信号图 4-2 键盘子程式设计流程图显示子程式流程图显示系统子程式流程如图 5-3 。确定数码管的数量初始化数码管输出数据初始化数码管扫描周期建立数码管输出BCD 码表N送数据给数码管数码管是否选通Y数码管显示BCD 码图 4-3显示系统程序设计流程图43 系统V

17、erilog HDL软件module pluse(clk,reset,on_set,off_set,ip_set,ip,plus,lamp)。input clk,reset。input 3:0 on_set,off_set,ip_set。output plus,lamp。output 3:0 ip。reg 3:0 ip。reg plus,lamp。reg 10:0 cnt1,cnt2。reg2:0 s。reg 2:0 flag。reg 20:0 on,off。always (posedge clk)/设计检测程序是否在运行，指示灯闪烁程序运行beginif ( reset=0 |cnt1=0)

18、beginlamp=1。cnt1=20。endelsebegincnt1=cnt1-1。if (cnt1>=10)beginlamp=1。endelselamp=0。endend/ lamp是指示灯信号always (posedge clk)beginif (reset=0)beginip=0。endelsebegincase ( ip_set)4'b0000 : begin ip=4'b00004'b0001 : begin ip=4'b00014'b0010 : begin ip=4'b00104'b0011 : begin i

19、p=4'b00114'b0100 : begin ip=4'b01004'b0101 : begin ip=4'b01014'b0110 : begin ip=4'b0110。 end。 end。 end。 end。 end。 end。 end/电流 0/电流 1/电流 2/电流 3/电流 4/电流 5/电流 64'b0111 : begin ip=4'b0111。 end/电流 74'b1000 : begin ip=4'b1000。 end/电流 84'b1001 : begin ip=4

20、9;b1001。 end/电流 94'b1010 : begin ip=4'b1010。 end/电流 104'b1011 : begin ip=4'b1011。 end/电流 114'b1100 : begin ip=4'b1100。 end/电流 124'b1101 : begin ip=4'b1101。 end/电流 134'b1110 : begin ip=4'b1110。 end/电流 144'b1111 : begin ip=4'b1111。 end/电流 15default begin

21、 ip=4'b0000。 end /其他endcaseendendparameter s0=0,s1=1,s2=2,s3=3。always (posedge clk)beginif (reset=0)beginplus=0。on=0。off=0。flag=s0。cnt2=0。endelsebegincase(flag)s0:beginplus=0。flag=s1。ends1:beginif(cnt2<on)beginplus=1。cnt2=cnt2+1。endelsebeginplus=0。flag=s2。cnt2=5。endends2:beginif(cnt2<off)b

22、egincnt2=cnt2+1。endelsebeginflag=s1cnt2=0。endends3:beginflag=s0。endendcase/on off为脉宽和休止的宽度控制case(on_set)4'b0000: begin on=5。 end / 设置 0 时 脉宽宽度4'b0001: begin on=10。 end / 设置 1 时脉宽宽度4'b0010: begin on=15。 end / 设置 2 时 脉宽宽度4'b0011: begin on=20。 end / 设置 3 时脉宽宽度4'b0100: begin on=25。 e

23、nd / 设置 4 时 脉宽宽度4'b0101: begin on=30。 end / 设置 5 时脉宽宽度4'b0110: begin on=35。 end /设置 6 时 脉宽宽度4'b0111: begin on=40。 end / 设置7 时脉宽宽度4'b1000: begin on=45。 end /设置8 时脉宽宽度4'b1001: begin on=50。 end / 设置9 时脉宽宽度4'b1010: begin on=55。 end /设置 10时脉宽宽度4'b1011: begin on=60。 end/设置 11时脉

24、宽宽度4'b1100: begin on=65 。 end / 设置 12 时 脉宽宽度4'b1101: begin on=70。 end/设置 13时脉宽宽度4'b1110: begin on=75。 end /设置 14时脉宽宽度4'b1111: begin on=80。 end /设置 15时脉宽宽度default: begin on=5。 end / 其他 脉宽宽度endcasecase(off_set)4'b0000: begin off=5。 end / 设置 0 时休止宽度4'b0001: begin off=10。 end / 设

25、置 1 时休止宽度4'b0010: begin off=15。 end / 设置 2时休止宽度4'b0011: begin off=20。 end / 设置 3 时休止宽度4'b0100: begin off=25。 end / 设置 4 时休止宽度4'b0101: begin off=30。 end / 设置 5 时休止宽度4'b0110: begin off=35。 end / 设置 6 时休止宽度4'b0111: begin off=40。 end / 设置 7 时休止宽度4'b1000: begin off=45。 end / 设

26、置 8 时休止宽度4'b1001: begin off=50。 end / 设置 9 时休止宽度4'b1010: begin off=55。 end / 设置 10时休止宽度4'b1011: begin off=60。 end / 设置 11时休止宽度4'b1100: begin off=65。 end / 设置 12时休止宽度4'b1101: begin off=70。end /设置13 时休止宽度4'b1110: begin off=75。end /设置14 时休止宽度4'b1111: begin off=80。end /设置15 时

27、休止宽度default: begin off=5。end / 设置其他时休止宽度endcaseendendEndmodule上面系统的 Verilog HDL 程式，主要是对电流、脉宽、休止的控制，加工电流不同，设置的加工条件也不同，脉宽和休止的宽度可以随机进行调整。44 系统软件仿真电流部分的仿真假如设置电流为 5A，仿真结果如图5-4 。图 5-4 5A电流选择仿真结果ip-set3=0；ip-set2=1；ip-set1=0；ip-set0=1；仿真结果为：ip3=0 ；ip2=1 ；ip1=0 ；ip0=1 ；脉宽、休止仿真结果假设脉宽设置为10，休止设置为 6，仿真结果如图 5-5

28、。图 5-5脉宽休止选择仿真结果脉宽设置为 10，休止设置为6，则 onset 3:0,off-set3:0如下：on-set3=1off-set3=0on-set2=0off-set2=1on-set1=1off-set1=1on-set0=0off-set0=0仿真结果显示，输出脉冲 plus 波形，如图 5-5 显示：脉宽宽度是休止宽度的 5/3 ，和设置的脉宽为是为 10，休止宽度为 6 吻合。第五章运行分析5.1综合测试通过硬件和软件综合调试, 整套系统运行正常 ,CPLD产生的脉冲 , 通过高频IRF450 场效应管推出控制放电加工机的电流和电压 , 克服了传统的脉冲产生模式受环境

29、温度、环境电磁干扰、工作车间其他设备干扰等客观原因引起的不稳定因素 , 通过使用示波器进行测量脉冲的脉宽和休止的波形 , 传统的脉冲波形上升沿和下降沿在运行时会出现圆弧波形 , 这样在推动 IRF450 场效应管时出现滞后现象 , 这样会影响加工产品的表面光洁度 ,CPLD设计脉冲通过测量波形 , 在上升沿和下降出基本趋于 90 度 , 缩短了开关的开断时间 . 传统的脉冲电源设计另一弊端所在是当设置脉宽和休止的宽度时 , 会出现脉宽变窄或者变宽的现象 , 造成放电不稳定 , 通过 CPLD设计 , 脉宽和休止的 宽度采用程式通过数字控制 , 避免了传统 RC设计会随着温度的变化造成的变化。5

30、.2 加工运行测试对比工程实施前放电加工机加工性能和工程实施后性能比较如下:工程前：序号电流大小加工深度 表面光洁度加工时间电磁干扰结果11A0.501.2-1.5um1H偶有死机现象20.5A0.500.5-0.6um4H偶有死机现象工程后序号电流大小加工深度 表面光洁度加工时间电磁干扰结果11A0.500.8-1.0um1H运行正常20.5A0.500.35-0.4um2.5H运行正常总之 , 通过恶劣环境、强迫性电磁干扰和加工测试 , 整套系统的脉冲电源设计和传统的电源相比较 , 设备在加工运行中更稳定 , 产品性能更可靠 , 加工产品的精度、光洁度等得到了提高 . 使得电气设计更简捷

31、, 节省了成本 , 完成了工程的设计要求。结 束 语很感慨，我在长舒一口气后开始写我的毕业论文的致谢辞了。论文的完成标志着我的大学三年即将结束，也意味着，新的生活又将开始了。最近的半年则并行着找工作和写论文。其间的起起伏伏、悲喜得失，今天想来仍旧唏嘘不已。所幸我没有被失败击垮。自信、坚强、乐观的态度让我坚持到了最后，并且争取了最好的结局。利用三年来所学的知识并结合实际工作中的经验面设计了这个课题，通过对课题的设计，加深了模拟电子、数字电子、微机原理等基础知识的理解，同时也感受到了理论知识和实际的工作中遇到问题的区别，工作中对知识的综合利用方面要求很高，不单单是知识的累加，而是知识的合理利用、综合考虑、相互之间有影响又有联系的利用。本次设计是一次对自己能力的锻炼，在设计的过程中提高了自己的动手能力和设计能力，同时也使得公司的产品性能、产品质量得到了提高，并且感受到了这几年中学到的基础知识的重要性，实际工作中的知识综合利用都是源于基础知识的合理利用，自己还欠缺很多知识，也鞭策自