现场可编程门阵列（FPGA）是在 EPLD、PAL、GAL 等可编程器件的基础上进一步发展起来的。作为专业集成电路领域中的半定制电路，FPGA 不但解决了定制电路的不足，而且克服了原有可编程器件因门电路数有限而产生的缺点。FPGA 的使用十分灵活，同一片 FPGA 只要使用不同的程序就能够达到不同的电路功能。现在 FPGA 在通信、仪器、网络、数据处理、工业控制、军事和航空航天等众多领域有着广泛的应用；随着成本和功耗的进一步降低，它将在更多的领域得到运用。基于 FPGA 的电机测速系统设计以 Quartus II 为设计平台，采用硬件描述语言 VHDL 和模块化设计的方式，并通过数码管驱动电路动态显示测量的结果，具有外围电路少、集成度高、可靠性强等特点，可以用来测量电机的转速值。

一、外围电路设计

传感器将电机转速的模拟信号转换成数字脉冲信号送入 FPGA 模块，同时由基准时钟电路产生准确的时钟信号、由复位电路产生复位信号送入 FPGA 模块；再由 FPGA 模块产生分频电路、十进制计数器电路、数据处理电路和显示译码电路。由分频电路将送入的基准时钟信号进行分频，得到一个闸门信号，作为十进制计数器的使能信号；数据处理电路的作用是将十进制计数器得到的数据进行相应处理后，再送入显示译码电路进行转换译码。外围电路分为基准时基电路、复位电路、传感器测量电路和显示电路四部分。

二、基准时基电路设计

基准时基电路采用 50 MHz 的有源晶振：3.3 V 电源通过 FB5 接入有源晶振的 VCC 端口，同时通过 C10 和 C11 滤去高频干扰信号，从 OUT 端口输出 50 MHz 的时钟信号，晶振电路如图 1 所示。

图 1　有源晶振电路

三、复位按键的设计

按键作为嵌入式智能控制系统中人机交互的常用接口，我们通常会通过按键向系统输入各种信息、调整各种参数或者发出控制指令；按键的处理是一个很重要的功能模块，它关系到整个系统的交互性能，同时也影响系统的稳定性。在本次设计中，通过按键实现了 FPGA 模块的手动复位，复位按键电路如图 2 所示。

图 2　复位按键电路

四、显示电路的设计

本次设计中用到的显示电路如图 3 所示。

图 3　数码管显示电路

由数码管显示电路可以知道，这是共阳极数码管：当在位选端 SE1～SE4 输入低电平时三极管导通，从而 D1～D4 接入高电平；由 a 到 DP 端输入数码管显示码，就可以得到所需要的数字，由位选端让数码管选择导通。

本次设计是基于 FPGA 的电机测速系统设计，利用 Altera 公司开发的 Quartus II 软件作为设计平台，可以在 FPGA 开发板上实现测量由传感器转换得到的脉冲信号，并且通过计算得到电机转速值。在本设计中还可以进行一些扩展，例如添加报警电路：设定一个报警值，当测量的转速值大于这个报警值时，就可以让蜂鸣器报警或数码管点亮。