日常·唠嗑： 2020已经过去，回首这一年，真的经历了很多，申报项目、集创赛、电赛、机械创新赛、挑战杯、写博客、遇见她……一路走来磕磕碰碰，也成长了许多。在2021伊始，写下这篇博客博客，希望能不忘初心，也希望每个人能越来越好，心想事成。
前言
我的大创项目，广东科技基金项目申报的都是关于水陆两栖的作品，动力装置难免需要用到风力推进，普通电机体积大，转速慢，基本无法满足需求。经过研究，我发现无人机使用的无刷电机就可以符合这些要求，降低整个作品的重量，还能提供充足的动力。从去年11月，我就一直在想做一下无刷电机的程序控制，但是由于很多事堆积在一起，每次看一下就放弃了，没去深入研究。最近总算下定决心解决这一问题了，在网上基本找不到FPGA控制无刷电机的相关资料（就连单片机控制无刷电机的程序都很难找到），在这里我将自己最近的学习所得在这里分享给大家。先看一下我做的作品效果视频：
基于FPGA：电调与无刷电机控制
一、什么是电调、无刷电机
1、电调
电调又称电子调速器，指的是根据控制信号调节电动机的转速。电调的连接一般是和输入线和电池连接，电调的输出线与电机连接，电调的信号线与接收机连接。电调最主要是用在航模、车模、船模、飞碟以及飞盘的玩具模型上面，这些模型可以通过电调驱动电机完成的各种的指令，达到与真实一样的效果。
关于电调的控制信号（重点）： 电调信号是pwm信号，信号频率为50HZ，一个周期为20ms。对于电调来讲， 高电平脉宽为1ms表示停转（低于1ms的时候电机会发出滴滴的声音），高电平脉宽为2ms表示满油门运转（可以调整周期时间来控制转速，范围为1ms~2ms）； 注： 其实无刷电机的驱动方式跟舵机一模一样。对于舵机来说1.5ms是归中，1ms和2ms分别为左右满舵。值得一提的是，电调有双向以及单向的，双向的可以通过程序控制电机正反转，双向电调1ms的时候，为电机满速反转。单向电调，无刷电机三根线与电调三根线接即可，接线方式任意，若发现电机旋转方向相反，只要调整上述三根的任意两根线即可。电调与舵机的pwm驱动时序图：
2、无刷电机
电机参数： KV额定值为1000，可以使用2S，3S或4S LiPo电池供电，并且需要30A ESC。 无刷电动机的KV额定值定义了无负载时每伏电动机的RPM。在这种情况下，1000KV意味着，例如，如果我们为电动机提供2S锂电池，其电压为7.4伏，则电动机的最大RPM可以达到1000的7.4倍，即7400 RPM。无刷电机非常耗电，最常用的供电方法是使用锂聚合物电池。 LiPo电池的“ S”号表示该电池有多少个电池，每个电池的电压为3.7V。在实验中，我使用的是3S LiPo电池，该电池具有3节电池且为11.1V。因此，我可以预期我的电机将达到11100的最大RPM。
最后，在实验中要使用的20A电调，它可以满足电动机的要求。 ESC的一侧有3条线，用于控制电动机的三相，而另一侧则有2条线，为信号线和GND，用于接收开发板的pwm信号和共地。 注： 有些电调这一侧是有三根线的，一根为信号线，另外两根为+5V和GND用来给开发板供电。我使用的这款是没办法通过电调给开发板供电的，需要另开接电源给开发板供电。
二、如何接线
图片中，电调ESC一侧三个口接电机三根线（随便接，没有顺序），另外一侧，有4根线（有一些电调是5根，多出来一根可以给开发板供电），红线（粗），黑线（粗）接电池正负极，白线（细）接开发板pwm引脚，黑线接开发板GND共地。
三、 程序驱动
1、FPGA程序（Verilog）
module red_run(
sys_clk,
sys_rst_n,
data, //data为控制信号输入，这里我用的是红外遥控来控制转速，你们可以把它改成开发板按键控制就好了
pwm_out);
input sys_clk;
input sys_rst_n;
input [7:0] data;
output pwm_out;
wire sys_clk;
wire sys_rst_n;
wire [7:0] data;
reg pwm_out;
parameter s=1000_000,//20ms-----T
s0=125_000,//2.5ms----180
s1=100_000,//2ms-----135
s2=75_000,//1.5ms----90
s3=50_000,//1ms-----45
s4=25_000;//0.5ms---0
s5=60_000,
reg [15:0] period_cnt ; //1khz 1ms 1ms/20ns=50000
reg [31:0] cnt_r;
reg [31:0] cnt;
always@(*)begin
if(!sys_rst_n)begin
cnt_r <= 31'd0;
end
else
case(data)
8'd22: cnt_r <= s4;
8'd25: cnt_r <= s3;
8'd13: cnt_r <= s2;
8'd12: cnt_r <= s1;
8'd24: cnt_r <= s0;
8'd94: cnt_r <= s5;
default:begin
cnt_r <= s3;
end
endcase
end
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
cnt <= 31'd0;
else if(cnt >= s)
cnt <= 31'd0;
else
cnt <= cnt + 1'b1;
end
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
pwm_out <= 1'b0;
else if(cnt <= cnt_r)
pwm_out <= 1'b1;
else
pwm_out <= 1'b0;
end
endmodule //red_run
2、Arduino程序（C）
#include<Servo.h>
Servo ESC; //Servo函数用来产生pwm信号
int poLValue;
void setup(){
//ALLach the ESC on pin 9
ESC.attach(9,1000,2000); //(pin,min pulse width,max pulse width in)
}
void loop(){
potValue - analogRead(A0);
poLValue - map(poLValue,0,1023,0,180);
ESC.write(potValue);
}
总结
去年三月份申请的大创，一直等到现在才动手第一步，后面要再努力点了。文章有许多东西可能不是很严谨，后面再查阅相关资料进行修改补充，也希望每个学习的人一起提出来，一起完善文章，谢谢。