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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發(fā)的。這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)試圖說明設(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)代人來說，根本不可能去構(gòu)思他們的生活如果沒有數(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)重要的方向來跟隨教學(xué)和研究。因此,對(duì)成功的工程師來說這樣一個(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)開始于一組規(guī)格和完成模式開發(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)化使用描述性語言的電路。雖然多樣化的描述性語言存在，非常高速的集成硬件描述語言是最受歡迎的和使用時(shí)間最長(zhǎng)的。硬件描述語言的描述性語言的目的是開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)黑盒來開發(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,擬議中的數(shù)字系統(tǒng)的用來控制步進(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;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)目沒有必要采取合成過程來確定結(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)的開始。可以使用的可編程邏輯作為一種個(gè)性化的邏輯設(shè)計(jì),也就是說,設(shè)計(jì)思考關(guān)于自己的硬件。第一個(gè)器件是編程的通過面具,他們被電腦制造商開發(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)相來通過電力電子接口電路，同時(shí),它允許解釋目前步進(jìn)電機(jī)階段狀態(tài)，來影響運(yùn)動(dòng)序列有變化的時(shí)候；具體來說,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)接收來自使用步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向感(連續(xù)波或反時(shí)針方向)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)開始的資格信號(hào)。顯而易見,用戶激活相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)將感覺信號(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。沒有任何國家有三個(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)針方向和完整的步驟,最后,反時(shí)針方向和半步驟。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?？刂朴邢逘顟B(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)相階段來自內(nèi)部功能塊,但步進(jìn)電機(jī)選擇信號(hào)來自用戶;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,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)來控制機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)。如前所述,無論是機(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,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)針方向和完整步驟,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), 在模擬的開始它被激活, 過很短的時(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；使感覺信號(hào)(C)選擇連續(xù)波或反時(shí)針方向改變感覺, 如果它是禁用的，默認(rèn)轉(zhuǎn)換感覺是連續(xù)波轉(zhuǎn)換感覺, 如果轉(zhuǎn)換感覺信號(hào)被激活然后步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)是在反時(shí)針方向轉(zhuǎn)換感覺; 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，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)針方向序列的開始。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)針方向序列的結(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硬件描述語言來描述數(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)目的主要目的是說明了數(shù)字設(shè)計(jì)流程和被專注于FPGA階段。
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