步进电机控制电路一种基于FPGA的实现

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1、步进电机控制电路一种基于FPGA的实现刘加峰，芦勤，郁苏娟（首都医科大学生物医学丄程学院北京100069）摘要：提出了一种利用EDA技术，实现步进电机控制系统数字输入的方案，从而实现了对步进电机的精确控制。介绍了系统的原理与结构框图，详细论述了控制电路核心部分的设计原理和实现，并给出了仿真波形。该系统具有修改方便、使用灵活、可靠性高、可移植性强等优点.关键词：步进电机；细分控制；FPGA；EDADesignofDigitalStepmotorControllerSystemBasedonFPGALiujiafcng,Luqin,Luo

2、shan（CapitalUniversityofMedicalSciences,Beijing,100069,China）Abstract:Inthispaper,firstadigitalinputtechniqueaboutstepmotorbasedonEDAisintroduced.ByusingthistechniquetheStepmotorcanbecontrolledaccurately.Besides,theprincipleandstructureblockdiagramareintroduced.Furtherm

3、ore,thedesignprincipleandrealizationforthecoresectionofthecontrolcircuitareprobedindetail,andthesimulationwaveispresented.Thesystemhasthefeaturesofbeingeasilymodified,goodflexibility,highreliabilityandpowerfultransplantablecapability.Keywords:stepmotor；subdividedcontrol

4、；FPGA；EDA1前言步进电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键产品z—,广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域，随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的霊求量为日俱增，在各个国民经济领域都有应用，现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机，永磁式步进电机，混合式步进电机和单相式步进电机等。具屮反应式步进电机的转子磁路rti软磁材料制成，定了上有多札I励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电动机不同Z处是步进电机接受脉冲信号的控制，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相

5、结合。传统步进电机控制迫路的实现多用单片机或专用接口芯片.然而此类方法存在单片机易受电机干扰!专用接口芯片使用灵活性差等缺点［1］。本文提出一种利用FPGA设计技术实现步进电机控制电路的方案，具有修改方便!使丿IJ灵活!可靠性高!可移植性强等优点。2步进电机的控制原理山步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制并将电脉冲信号转换成相应的也位移的执行器［4］oIII于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成疋比。改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向；改变通电频率町改变步进电动机的转速。（1）结构：电机转了均匀分

6、布着很多小齿，定了齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开0疋、1/3疋、2/3<,（相邻两转子齿轴线I'可的距离为齿距以疋表示）,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3GC少齿3向右错开2/3JAS齿5和对齐,（A，就是A,齿5就是齿1）下面是定转了的展开图：图1：定转子的展开图（2）旋转：如A相通电，B,C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。同理如果以次给B、C相通电，每通一次电转子都会转动1/3J如再给A相通电，B、C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3疋这样经过A、B、C、

7、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A札I,电机转了向右转过一个齿距，如果不断地按A、B、C、A......通电，电机就每步（每脉冲）1/3J向右旋转。如按A、C、B、A......通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向山导电顺序决定。，不过，出于対力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。本系统采用四相，八拍运行（A・AB-B-BC・C・CD-D-DA・A）,步距角为0.9度。3步进电机的FPGA控制步进电机控制的最人特点是开环控制，不需要反馈信号。因为步进电机的运动不产生旋转量

8、的误差累积。由FPGA实现的步进电机控制系统如图1所示。图2中，控制系统的核心芯片是FPGA,如虚线所示，它由两大功能模块组成:1）速度控制模块，核心是锁相坏PLL広模块电路，它在不同速度控制信号作川F，可将经时钟分频器