基于fpga的單擺畫線控制實驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置，對整個裝置進行控制的FPGA電路；按鍵電路，該電路的輸出端接FPGA電路；顯示電路，該電路的輸入端接FPGA電路；直流電機驅(qū)動電路，該電路的輸入端接FPGA電路。本實用新型具有電路簡單、成本低、調(diào)試方便、運動軌跡平穩(wěn)的優(yōu)點，在學(xué)校教學(xué)中可廣泛推廣使用。
【專利說明】
基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]單擺運動是我們常見的。單擺系統(tǒng)作為典型的力學(xué)系統(tǒng)，在理論和實驗中都具有重要的意義。在單擺的理論教學(xué)中，教師一定要通過演示實驗，才能準確的講解單擺的“等時性”以及單擺的“振動周期與擺線的長度關(guān)系”等。實際中，考慮單擺系統(tǒng)處于自然的空氣介質(zhì)中時，由于粘滯性阻尼力、擺動時摩擦阻力的存在，實際單擺系統(tǒng)振動為有阻尼的自由振動。在單擺的實踐教學(xué)中，我們要結(jié)合理論知識，研究單擺運動的過程，最終達到利用單擺運動，做一些創(chuàng)新的東西，單擺畫線控制實驗裝置就是利用單擺運動的一個實例。目前，單擺畫線控制裝置主要是由MCU系統(tǒng)控制實現(xiàn)的?，F(xiàn)有的單擺畫線控制實驗裝置存在以下不足:運動不夠平穩(wěn)，有些抖動;調(diào)試過程繁瑣，速度不好控制;浪費精力，浪費實驗時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有單擺畫線控制裝置的缺點，提供一種電路簡單、調(diào)試方便、運動軌跡平穩(wěn)的基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置。
[0004]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它具有:對整個裝置進行控制的FPGA電路;按鍵電路，該電路的輸出端接FPGA電路;顯示電路，該電路的輸入端接FPGA電路;直流電機驅(qū)動電路，該電路的輸入端接FPGA電路。
[0005]本實用新型的FPGA電路為:集成電路U5的69腳接按鍵SWl的一端、70腳接按鍵SW3的一端、72腳接按鍵SW5的一端、73腳接按鍵SW2的一端、75腳接按鍵SW4的一端、76腳接按鍵SW6的一端、83腳通過電阻R9接二極管Dl的正極、144腳接晶體振蕩器Yl的4腳、59腳通過電阻R7接插座J2的5腳、60腳通過電阻R8接插座J2的4腳、19腳接插座Jl的4腳、107腳接插座Jl的3腳、47腳接插座Jl的2腳、38腳接插座JI的I腳，集成電路U5的8腳、26腳、44腳、111腳、130腳、148腳接5V電源，集成電路U5的200腳、166腳、149腳、45腳、131腳、183腳、9腳、112腳、27腳、96腳、79腳、63腳接3V電源，集成電路U5的7腳、25腳、43腳、62腳、78腳、95腳、110腳、129腳、147腳、165腳、182腳、199腳、46腳接地，集成電路U5的208腳、198腳、206腳、207腳接集成電路Ul的I?4腳，集成電路U5的197腳、176腳、180腳、185腳接集成電路U3的I?4腳，集成電路U5的168腳、170腳、173腳、175腳接集成電路U2的I?4腳，集成電路U5的35腳、34腳、31腳、30腳接集成電路U4的1?4腳，集成電路U5的103腳、104腳、105腳、117腳?113腳、36腳、37腳、39腳?41腳接IXD顯示器的17?4腳，二極管Dl的負極接地，插座Jl的5腳接地，晶體振蕩器Yl的3腳接地、I腳接3V電源，插座J2的6腳和2腳接地、3腳接5V電源，插座J2上連接有角度傳感器，角度傳感器的型號為GY-25;集成電路U5的型號為EPF6016QC208-2，集成電路Ul?U4的型號為ULN2003A。
[0006]本實用新型具有電路簡單、成本低、調(diào)試方便、運動軌跡平穩(wěn)的優(yōu)點，在學(xué)校教學(xué)中可廣泛推廣使用。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的電氣原理方框圖。
[0008]圖2是圖1中按鍵電路和直流電機驅(qū)動電路的電子原理線路圖。
[0009]圖3是圖1中FPGA電路和顯示電路的電子原理線路圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限于下述的實施方式。
[0011]在圖1、2、3中，本實施例的基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置由按鍵電路、FPGA電路、直流電機驅(qū)動電路、顯示電路連接構(gòu)成，按鍵電路的輸出端接FPGA電路，直流電機驅(qū)動電路的輸入端接FPGA電路，顯示電路的輸入端接FPGA電路。
[0012]本實施例的按鍵電路由電阻Rl?R6、按鍵SWl?SW6連接構(gòu)成，按鍵SWl的一端接FPGA電路并通過電阻Rl接3V電源、另一端接地，按鍵SW2的一端接FPGA電路并通過電阻R4接3V電源、另一端接地，按鍵SW3的一端接FPGA電路并通過電阻R2接3V電源、另一端接地，按鍵SW4的一端接FPGA電路并通過電阻R5接3V電源、另一端接地，按鍵SW5的一端接FPGA電路并通過電阻R3接3V電源、另一端接地，按鍵SW6的一端接FPGA電路并通過電阻R6接3V電源、另一端接地。
[0013]本實施例的FPGA電路由集成電路U5、晶體振蕩器Yl、二極管Dl、插座Jl、插座J2、電阻R7?R9連接構(gòu)成，集成電路U5的型號為EPF6016QC208-2。集成電路U5的69腳接按鍵SWl的一端、70腳接按鍵SW3的一端、72腳接按鍵SW5的一端、73腳接按鍵SW2的一端、75腳接按鍵SW4的一端、76腳接按鍵SW6的一端、83腳通過電阻R9接二極管Dl的正極、144腳接晶體振蕩器Yl的4腳、59腳通過電阻R7接插座J2的5腳、60腳通過電阻R8接插座J2的4腳、19腳接插座Jl的4腳、107腳接插座Jl的3腳、47腳接插座Jl的2腳、38腳接插座Jl的I腳，集成電路U5的8腳、26腳、44腳、111腳、130腳、148腳接5V電源，集成電路U5的200腳、166腳、149腳、45腳、131腳、183腳、9腳、112腳、27腳、96腳、79腳、63腳接3V電源，集成電路U5的7腳、25腳、43腳、62腳、78腳、95腳、110腳、129腳、147腳、165腳、182腳、199腳、46腳接地，集成電路U5的208腳、198 腳、206 腳、207 腳、197 腳、176 腳、180 腳、185 腳、168 腳、170 腳、173 腳、175 腳、35 腳、34 腳、31腳、30腳接直流電機驅(qū)動電路，集成電路U5的103腳、104腳、105腳、117腳?113腳、36腳、37腳、39腳?41腳接顯示電路，二極管Dl的負極接地，插座JI的5腳接地，晶體振蕩器YI的3腳接地、I腳接3V電源，插座J2的6腳和2腳接地、3腳接5V電源，插座J2上連接有角度傳感器，角度傳感器的型號為GY-25。
[0014]本實施例的顯示電路由LCD顯示器、電阻R10、電阻Rll連接構(gòu)成，IXD顯示器的4?17腳接集成電路U5的41腳、40腳、39腳、37腳、36腳、113?117腳、105?103腳，LCD顯示器的3腳接電阻Rll的一端并通過電阻RlO接3V電源、18腳接電阻Rll的另一端、2腳和19腳接3V電源、I腳和20腳接地。
[0015]本實施例的直流電機驅(qū)動電路由集成電路Ul?U4、直流電機Ml?M8連接構(gòu)成，集成電路Ul?U4的型號為ULN2003A。集成電路Ul的I腳接集成電路U5的208腳、2腳接集成電路U5的198腳、3腳接集成電路U5的206腳、4腳接集成電路U5的207腳、15腳和16腳接直流電機Ml的一端、13腳和14腳接直流電機M3的一端、8腳接地、9腳接12V電源，集成電路U2的I腳接集成電路U5的168腳、2腳接集成電路U5的170腳、3腳接集成電路U5的173腳、4腳接集成電路U5的175腳、15腳和16腳接直流電機M2的一端、13腳和14腳接直流電機M4的一端、8腳接地、9腳接12V電源，集成電路U3的I?4腳接集成電路U5的197腳176腳、180腳、185腳，集成電路U3的16腳和15腳接直流電機M5的一端、13腳和14腳接直流電機M7的一端、8腳接地、9腳接12V電源，集成電路U4的I?4腳接集成電路U5的35腳、34腳、31腳、30腳，集成電路U4的15腳和16腳接直流電機M6的一端、13腳和14腳接直流電機M8的一端、8腳接地、9腳接12V電源，直流電機Ml?M8的另一端接12V電源。
[0016]本實用新型的工作原理如下:
[0017]本實用新型的單擺劃線裝置的4個風(fēng)扇懸掛在空中呈矩形分布并分別位于矩形的四個角上，4個風(fēng)扇所在矩形的中心放置一個激光筆，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動帶動激光筆運動在地面畫出線或圖形等。
[0018]系統(tǒng)加電，集成電路U5開始初始化工作，首先，從Yl的引腳4輸出時鐘信號；其次，進行電路配置工作:按鍵輸入的控制邏輯即按鍵SWl?SW6的控制邏輯；串口的控制邏輯即角度傳感器的控制邏輯;液晶屏的顯示控制邏輯LCD顯示器的控制邏輯;直流電機動作的控制邏輯即集成電路Ul?U4的控制邏輯。此后，電路開始正常工作。
[0019]首先，集成電路U5檢測哪個按鍵被按下，并將按鍵信息輸出到液晶顯示器上，按鍵信號從按鍵SWl?SW6輸出，輸入到集成電路U5的69腳、70腳、72腳、73腳、75腳、76腳，其中，按鍵SWl用作畫點，按鍵SW2用作畫線，按鍵SW3用作畫圓，按鍵SW4用作畫橢圓，按鍵SW5用作啟動，按鍵SW6用作停止。與此同時，集成電路U5啟動液晶屏的顯示控制邏輯，信號從集成電路U5的引腳103腳、104腳、105腳、117腳、116腳、115腳、114腳、113腳、36腳、37腳、39腳、40腳、41腳輸出，顯示到IXD顯示器上。
[0020]其次，集成電路U5執(zhí)行相應(yīng)的動作，集成電路U5依據(jù)功能，產(chǎn)生不同的控制波形，控制直流電機動作，信號從集成電路U5的208腳、198腳、206腳、207腳輸出，輸入到集成電路Ul的I腳、2腳、3腳、4腳，然后從集成電路Ul的16腳、15腳、14腳、13腳輸出，輸入到直流電機Ml和直流電機M3;信號從集成電路U5的197腳、176腳、180腳、185腳輸出，輸入到集成電路U3的I腳、2腳、3腳、4腳，從集成電路U3的16腳、15腳、14腳、13腳輸出，輸入到直流電機M5和直流電機M7;信號從集成電路U5的168腳、170腳、173腳、175腳輸出，輸入到集成電路U2的I腳、2腳、3腳、4腳，從集成電路U2的16腳、15腳、14腳、13腳輸出，輸入到直流電機M2和直流電機M4;信號從集成電路U5的35腳、34腳、31腳、30腳輸出，輸入到集成電路U4的I腳、2腳、3腳、4腳，從集成電路U4的16腳、15腳、14腳、13腳輸出，輸入到直流電機M6和直流電機M8。
[0021]最后，集成電路U5時刻監(jiān)控直流電機運行狀況，并調(diào)整控制波形。集成電路U5啟動串口的控制邏輯，讀取角度傳感器的位置數(shù)據(jù)?？刂菩盘枏募呻娐稶5的59腳輸出，經(jīng)過電阻R7，輸入到角度傳感器;數(shù)據(jù)信號插座J2的4腳輸出，經(jīng)過電阻R8，輸入的集成電路U5的60腳，集成電路U5及時處理，并及時的調(diào)整4個直流電機的控制波形。
【主權(quán)項】
1.一種基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置，其特征在于它具有: 對整個裝置進行控制的FPGA電路； 按鍵電路，該電路的輸出端接FPGA電路； 顯示電路，該電路的輸入端接FPGA電路； 直流電機驅(qū)動電路，該電路的輸入端接FPGA電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的單擺畫線控制實驗裝置，其特征在于所述的FPGA電路為:集成電路U5的69腳接按鍵SWl的一端、70腳接按鍵SW3的一端、72腳接按鍵SW5的一端、73腳接按鍵SW2的一端、75腳接按鍵SW4的一端、76腳接按鍵SW6的一端、83腳通過電阻R9接二極管Dl的正極、144腳接晶體振蕩器Yl的4腳、59腳通過電阻R7接插座J2的5腳、60腳通過電阻R8接插座J2的4腳、19腳接插座Jl的4腳、107腳接插座Jl的3腳、47腳接插座Jl的2腳、38腳接插座Jl的I腳，集成電路U5的8腳、26腳、44腳、111腳、130腳、148腳接5V電源，集成電路U5的200腳、166腳、149腳、45腳、131腳、183腳、9腳、112腳、27腳、96腳、79腳、63腳接3V電源，集成電路U5的7腳、25腳、43腳、62腳、78腳、95腳、110腳、129腳、147腳、165腳、182腳、199腳、46腳接地，集成電路U5的208腳、198腳、206腳、207腳接集成電路Ul的I?4腳，集成電路U5的197腳、176腳、180腳、185腳接集成電路U3的I?4腳，集成電路U5的168腳、170腳、173腳、175腳接集成電路U2的I?4腳，集成電路U5的35腳、34腳、31腳、30腳接集成電路U4的I?4腳，集成電路U5的103腳、104腳、105腳、117腳?113腳、36腳、37腳、39腳?41腳接LCD顯示器的17?4腳，二極管Dl的負極接地，插座Jl的5腳接地，晶體振蕩器Yl的3腳接地、I腳接3V電源，插座J2的6腳和2腳接地、3腳接5V電源，插座J2上連接有角度傳感器，角度傳感器的型號為GY-25;集成電路U5的型號為EPF6016QC208-2，集成電路Ul?U4的型號為ULN2003A。
【文檔編號】G09B23/18GK205594372SQ201620302272
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】王國章, 楊健, 白濤
【申請人】榆林學(xué)院