FPGA İle PWM RC Servo Motor

19Merhabalar;

Bu projemizde FPGA üzerinden servo motor sürmek için PWM sinyali oluşturacağız. FPGA board üzerindeki GPIO pininden alınan PWM sinyalini SALEAE ( https://www.saleae.com/ )nın logic analyzer ı ile bilgisayar ekranında gerçek zamanlı olarak inceleyip oluşturulan ile tasarlanan sinyal arasındaki  ilişkiyi inceleme fırsatımız olacak.

Servo motor kontrolü için periyodu 20 ms olan Duty Cycle’ının ise 1 ile 2 ms arasında değişen 1.5 ms merkez pozisyonu olan PWM sinyali oluşturacağız.

Board üzerinde 50 Mhz lik kristal olduğu için pwm’in periyodunu belirlemek için bir counter tanımlayacağız ve bu caounterın üst sınırı 20ms/20ns = 1000000 olarak tanımlanacak.

Duty miktarını 1 ile 2 ms arasında değiştirmek istediğimiz için 1 ms için 50000, 2 ms için 100000 değerinde sabit belirleyeceğiz. Bu değerler PWM duty miktarının maksimum ve minimum değerleri olacak.  Servo motorun bir tam turunun motor limitleri de dikkate alınarak istenilen sürede tamamlanması sağlanabilir. Programda 2 s lik bir tam devir süresi seçildiği için duty miktarı farkı dikkate alınarak 50000*20 ms/2 s = 500 değerindeki sabit ile motorun dönüş hızını belirleyeceğiz. Bunun için iki farklı butonla motoru sağa ve sola döndüreceğiz.

VHDL KODU:

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

entity  pwm is
  Port ( clk           : in  STD_LOGIC;
reset      : in  STD_LOGIC; 
button_sag : in  STD_LOGIC;
button_sol : in  STD_LOGIC; 
pwm       : out  STD_LOGIC);
end  pwm;

architecture Behavioral of  pwm is

      constant duty_hiz:integer:=500;
  constant period:integer:=1000000;
 constant dcycle_max:integer:=100000;  —- maksimum duty genişliği
 constant dcycle_min:integer:=50000;    —–minimum duty genişliği
signal pwm_reg,pwm_next:std_logic;
  signal duty_cycle,duty_cycle_next:integer:=0;
signal say,say_next:integer:=0;
 signal flag:std_logic;
    begin
 
 process(clk,reset)
  begin
  if reset = ‘1’ then 
pwm_reg<=’0′;
say<=0;
duty_cycle<=0;
 elsif clk=’1′ and clk’event then
pwm_reg<=pwm_next;
say<=say_next;
duty_cycle<=duty_cycle_next;
 end if;
 end process;

say_next<= 0 when say = period else  say+1;
flag<= ‘1’ when say= 0 else ‘0’;

  process(button_sağ,button_sol,flag,duty_cycle)
 begin
duty_cycle_next<=duty_cycle;
  if flag=’1′ then
 if button_sag =’1′ and duty_cycle >dcycle_min then
duty_cycle_next<=duty_cycle-duty_hiz;
  elsif button_sol =’1′ and duty_cycle < dcycle_max then
duty_cycle_next<=duty_cycle+duty_hiz;
end if;    
end if;    
 end process;

pwm<=pwm_reg;
pwm_next<= ‘1’ when say < duty_cycle else   ‘0’;
end Behavioral;

Program derlenip uygun pin planı yapıldıktan sonra pwm çıkışını inceleyelim.

Logic Analyzer ile yapılan ölçümlerde de görüldüğü gibi 20 ms lik PWM sinyalimizi oluşturduk. Atanan uygun butonlarla PWM genişliği tasarlanan limitler çerçevesinde değiştirilebilmiştir.

Kaynakça: http://www.fpganedir.com/index.php