在电机控制与监测领域，准确测量电机转速至关重要。本文将详细介绍一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的电机测速系统电路图及其设计原理。

一、FPGA 简介

现场可编程门阵列（FPGA）是在 EPLD、PAL、GAL 等可编程器件基础上发展而来的。作为集成电路领域的半定制电路，FPGA 不仅弥补了定制电路的不足，还克服了原有可编程器件门电路数量有限的缺点。其使用极为灵活，同一片 FPGA 只需加载不同程序，就能实现不同的电路功能。如今，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得到广泛应用。随着成本和功耗的进一步降低，FPGA 的应用范围将更加广泛。

二、基于 FPGA 的电机测速系统设计概述

本电机测速系统以 Quartus II 为设计平台，采用硬件描述语言 VHDL 和模块化设计方式，并通过数码管驱动电路动态显示测量结果。该设计具有外围电路少、集成度高、可靠性强等特点，可用于测量电机的转速值。

三、外围电路设计

1. 整体架构：传感器将电机转速的模拟信号转换为数字脉冲信号，送入 FPGA 模块。同时，基准时钟电路产生准确的时钟信号，复位电路产生复位信号，二者也送入 FPGA 模块。FPGA 模块进而产生分频电路、十进制计数器电路、数据处理电路和显示译码电路。分频电路对基准时钟信号进行分频，得到闸门信号，作为十进制计数器的使能信号。数据处理电路对十进制计数器的数据进行处理后，再送入显示译码电路进行转换译码。
2. 电路分类：外围电路主要分为基准时基电路、复位电路、传感器测量电路和显示电路。

四、各部分电路详细设计

1. 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，为整个系统提供的时钟基准。
2. 复位按键的设计：按键是嵌入式智能控制系统中常用的人机交互接口，其处理功能对系统的交互性能和稳定性至关重要。在本设计中，通过按键实现了 FPGA 模块的手动复位，确保系统在需要时能够快速恢复初始状态。
3. 显示电路的设计：本设计使用的是共阳极数码管显示电路。当在位选端 SE1～SE4 输入低电平时，三极管导通，D1～D4 接入高电平。通过 a 到 DP 端输入数码管显示码，即可显示所需数字，通过位选端控制数码管的导通。

五、系统扩展

本设计还具备一定的扩展性。例如，可以添加报警电路，设定一个报警值，当测量的转速值大于该报警值时，可使蜂鸣器报警或点亮数码管，从而实现对电机转速的实时监控和异常报警功能。
综上所述，基于 FPGA 的电机测速系统电路图通过合理的设计和模块化的架构，实现了电机转速的测量和显示，并且具有良好的扩展性，为电机的控制和监测提供了一种有效的解决方案。