利用maxiicpld实现步进电机控制器

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1、利用MAXIICPLD实现步进电机控制器2007年12月，1.0版应用笔记488引言本应用笔记详细介绍怎样利用Altera®MAX®IICPLD来实现步进电机控制器。您可以使用定制键盘的几个输入来控制电机。步进电机步进电机的优点包括精确控制、电机开环控制、自备刹车、无刷等，是各种专业应用最方便的解决方案。步进电机最常见的应用包括打印机和绘图仪、硬盘驱动器、机器人、CNC车床等精密机械装置。步进电机的结构为电磁线圈围绕由磁性材料构成的转子，当电磁螺旋线圈连续充电时，产生的磁激力(MMF)和转子相互作用，使转子在磁场中顺

2、时针或者逆时针旋转。根据电机要移动的位置，按照一定的模式接通或者关断电磁场，就可以控制电机的角度位置。利用MAXII本设计中实现的电机控制器采用了MAXII器件来控制(根据预先确定的方式)单极永磁步进电机的行为和动作。本设计利用演示板上的几个开关CPLD实现步进和按钮来提供用户接口。电机控制器这一电机控制器设计具有以下几个优点：■两种方式来控制电机的启动和停止，选择前转和后转：手动控制(通过用户接口)和自动控制(通过微控制器)。■两种工作模式：连续模式和步进模式。■所有的MAXII器件都具有独特的内部振荡器，因此不需

3、要外部时钟信号，本设计采用了该振荡器。图1所示为步进电机控制器的构成。考虑到电机的绕组要求，驱动电路由直流电源进行供电。根据控制器逻辑，和CPLD连接的端口驱动电机驱动器的输入，从而驱动步进电机。控制器采用逻辑对电机进行半步控制。表1对控制器的输入进行了解释。Altera公司1AN-488-1.0应用笔记488：利用MAXIICPLD实现步进电机控制器图1.利用MAXIICPLD实现步进电机控制器MAXII器件RESETMODEPHASEOUT[3:0]用户电机控制器驱动电路步进电机接口DIRMOVE表1.控制器输入

4、信号方向说明RESET输入将电机位置复位到最初的参考位置。MODE输入在连续模式(普通电机)和步进模式之间选择。DIR输入转子逆时针旋转。MOVE输入转子在步进模式中需要这一信号，以半步长沿某一方向移动(45°)。PHASEOUT[3:0]输出CPLD的4位输出，送入MOSFET驱动电路。旋转步长由每一线圈上的激励进行控制。4极步进电机有四块沿圆周均匀放置的电磁体。电机控制器必须通过其输出端口(PHASEOUT)，为这些电磁体提供下面的输入序列，使转子以四倍电机步长来旋转：1000,1100,0100,0110,00

5、10,0011,0001,1001,1000...上面的半步长序列使200齿的4极电机转子每步长旋转0.9°。本设计为电机控制提供连续模式和步进模式。当选择了连续模式(使MODE输入为低电平)时，电机正常旋转，转子位移不会出现中断。当选择了步进模式Altera公司2应用笔记488：利用MAXIICPLD实现步进电机控制器(使MODE为高电平)时，每次按下MOVE按钮时电机才工作。MOVE输入线一般情况下通过一个上拉电阻被置为高电平。每次在这条线上探测到电平下降沿时，电机前进半个步长。RESET输入使电机返回到其参考位

6、置。不论最初位置如何，转子一直旋转，直到达到PHASEOUT为1000的位置。设计实现本设计可以采用EPM240或者其他MAXIICPLD来实现。通过用户接口提供输入使步进电机工作，用户接口构成了MAXIICPLD的控制器输入。通过MAXIICPLD各个通用I/O(GPIO)的用户按钮和开关来输入模式、方向和步长控制。下面详细说明了怎样使用设计源代码在MDN-B2演示板上实现本设计。出于演示的目的，设计中采用了LED。每个LED代表电机的一个绕组。这样，可以在演示板上“看到”绕组的激励序列。但是，请注意，LED在逻辑

7、0时点亮，端口出现逻辑1时关断。您可以利用电机驱动电路替代这些LED来驱动电机工作。所有这些线都是并行并且彼此无关。每条线激励电机的一个线圈绕组，使转子按照用户控制设置的方向和方式来旋转。表2列出了MDN-B2演示板的EPM240引脚分配。表2.EPM240引脚分配引脚分配信号引脚信号引脚dir:引脚38mode:引脚37move:引脚82rst:引脚77phaseout[0]:引脚71phaseout[1]:引脚72phaseout[2]:引脚73phaseout[3]:引脚741编译前，在Quartus®II软件

8、的DeviceandPin选项设置中将未使用的引脚分配为inputtri-stated。设计说明请按照以下步骤在MDN-B2演示板上演示本设计：1.选择EPM240GT100C3器件，编译源代码，分配引脚(如表2所示)。Altera公司3应用笔记488：利用MAXIICPLD实现步进电机控制器2.打开演示板电源(使用滑动开关SW1)，通过演示板