基于fpga步进电机细分驱动控制

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1、平顶山工学院毕业设计论文毕业设计[论文]题目：基于FPGA步进电机细分驱动控制系别：电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化姓名：李鹤学号：1214040322指导教师：赵红梅平顶山工学院2008年05月31日68平顶山工学院毕业设计论文目录摘要4ABSTRACT5第1章绪论61.1引言61.2步进电机的特点及应用71.3课题研究的目的和意义8第二章步进电机的结构和细分驱动原理92.1步进电机的结构92.2步进电机的分类102.2.1永磁式步进电机102.2.2反应式步进电机112.2.3混合式步进电机122.3步进电机驱动技术概述142.4步进电机细分驱动的研究现状162.5步进电机细

2、分驱动原理162.6测试原理192.7目前可以实现的方法及比较202.8本文主要工作212.9本章小结22第三章FPGA以及VHDL语言233.1可编程逻辑器件的发展概况233.2现场可编程门阵列FPGA结构253.3现场集成的编程方式273.4VHDL语言283.4.1VHDL语言的编写283.4.2VHDL程序的顺序问题2968平顶山工学院毕业设计论文3.4.3VHDL编程中的问题303.4.4VHDL语言的组成以及编程的基础313.5本章小结32第四章步进电机细分驱动系统的硬件设计324.1驱动系统的组成334.2驱动系统的总体方案设计344.3各子模块电路的设计354.3.1主回

3、路及驱动电路的设计354.3.2电流测量电路设计以及反馈电路的设计364.3.3主控制芯片和周边电路的设计374.3.4主回路及驱动功放电路的设计394.3.5光电隔离接口及电源设计414.3.6保护电路的设计424.4本章小结43第五章步进电机细分驱动系统的软件设计445.1系统软件的实现445.2系统软件总体设计465.3控制部分475.3.1频率产生模块485.3.2总输出脉冲数控制模块495.3.3每秒输出的脉冲个数寄存器更新模块515.4脉冲发生电路软件的设计535.4.116bit计数器模块的设计545.4.2脉冲叠加模块555.5PWM波形的产生565.6积分分离式PI控制

4、算法575.7本章小结58第六章仿真结果和实验结果及分析5968平顶山工学院毕业设计论文6.1模块仿真596.1.1频率产生模块596.1.2脉冲管理模块596.1.3PWM发生器模块仿真606.1.4PI调节模块仿真616.2本章小结61结论63参考文献64致谢6768平顶山工学院毕业设计论文摘要步进电机驱动系统具有开环控制精度高，成本低，控制简单的优点，应用十分广泛，但它也有低频共振等缺点。本文设计了一种基于FPGA的正弦波可变细分步进电机驱动系统，可有效地解决这个问题。该驱动系统可实现对步进电机的全数字化控制，采用FPGA芯片实现对步进电机驱动控制，并通过串口与上位机进行通讯，以实

5、现在线参数调节及简单的电机位置控制、加减速控制功能；采用线性电流传感器IR2175实现对反馈电流的测量；采用智能功率模块IRAMX16UP60A实现对电机的驱动。这种硬件结构使该驱动系统具有体积较小，抗干扰能力较强，驱动能力较强，成本较低的优点。设计过程中采用自顶向下的模块化设计方法，用VHDL语言对电路进行描述，并用EDA工具进行了综合和仿真。优化设计了电流测量模块和PWM模块等关键性模块，使这两个模块在最高工作频率为150MHZ的FPGA芯片中达到了超过170MHz的性能，提高了芯片的对输入输出信号的控制能力。结合可编程状态机和普通状态机的部分优点，设计实现了一种可实现复杂逻辑功能的

6、控制单元。该控制单元消耗资源很小，在采用流水线技术后，其指令可单周期执行，并且工作频率可达100MHZ。本文还专门介绍了SPARTANIII芯片所提供的几种元件的使用方法。经测试表明，该驱动系统具有调试方便，抗干扰能力较强，驱动能力较强的优点。关键词：步进电机；FPGA；可变细分；正弦脉宽调制；驱动68平顶山工学院毕业设计论文AbstractThedrivingsystemofstepmotorhasbeenwidelyusedinindustry.Ithastheadvantageofhighaccuracyoffixingposition,lowcost,controlease,an

7、dalsohasthedisadvantageofresonanceinlowfrequencyinthispaper,IhavedesignedaFPGA-baseddrivertodrivestepmotorwhichcanusingsinepulsewidthmodulationtorealizeadjustablesubdivision.Thisdrivercancontrolthestepmotorinfulldigita