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1、电子测量技术第31卷第6期可编程器件应用ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY2008年6月*基于FPGA控制的步进电机驱动设计王美川王紫婷(兰州交通大学电子与信息工程学院兰州730070)摘要:随着微控制器技术的快速发展,特别是高性能可编程逻辑器件的出现,促进了步进电机控制技术的发展,使得步进电机驱动系统集成化设计的实现成为可能。本文根据设计要求进行了四相步进电机驱动系统的芯片选择和硬件电路设计,以FPGA为核心器件,集成了驱动和控制部分,大大简化了逻辑控制电路。设计过程采用模块化设计方法,用VH
2、DL硬件描述语言对电路进行描述,采用Altera的QuartusII集成化工具进行了综合和布局布线,仿真,充分利用FPGA芯片的资源,优化程序,提高模块的工作频率,提高芯片的控制精度。文中对整个系统的架构及硬件电路和软件的实现都做了详细的介绍,最后通过仿真和实验分析验证了此控制方案的可行性。关键词:步进电机;EDA;FPGA;VHDL中图分类号:TP271+.5文献标识码:ADesignofsteppingmotordrivebasedonFPGAWangMeichuanWangZiting(SchoolofElectro
3、nicsandInformationEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070)Abstract:Thegreatdevelopmentofcontroltechnologyforsteppingmotor,whichmakesthesystemintegratedesignofthesteppingmotordriverpossible,ispromotedbytherapiddevelopmentofMCUtechnology,especiallytheeme
4、rgenceofhigh-performancePLD.Accordingtothisdesign,itcompletesthehardwaredesignandchoiceanddesignofthedriversystemofthefour-phasesteppingmotor.LogicalcontrolcircuitismostlypredigestedwithFPGAasthecorecontrolunitwhichintegratesthedrivermoduleandcontrolmodule.Modular
5、designmethodisusedinthewholedesignprocess,whichincludesdescribingthehardwarecircuitwithVHDL,comprehensivelayoutandsimulatingwiththeintegratedtoolsofAlteraQuartusII.ItmakesfulluseoftheresourceofFPGA,optimizesprocedures,andenhancesthefrequencyofthemodulesandthepreci
6、sionofthechip.Theframe,thehardwareandthesoftwareofthewholesystemareintroducedindetail.Keywords:steppingmotor;electronicdesignautomation;fieldprogrammablegatearray;VHSIChardwaredescriptionlanguage语言,是现代电子技术发展的重要依托之一,能够较方便0引言地驱动步进电机。步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机,国外一般步进电机驱动技术指的
7、是用步进电机驱动器的驱动称为Steppingmotor、Pulsemotor或Stepperservo,就是一级来实现对步进电机各相绕组的通电和断电,同时也是对种离散运动的装置,步进电机驱动器通过外加控制脉冲,绕组承受的电压和电流进行控制的技术。设计电机的驱并按环形分配器决定的分配方式,控制步进电动机各相绕动主要有3个任务:(1)控制步进电机如何转,转多少角度;组的导通或截止,从而使电动机产生步进运动。就是说给(2)如何给步进电机提供工作电压,其工作电压与数字电一个电脉冲信号,电动机就转过一个角度或者前进一步,平不相容,不
8、能够直接用数字电路的工作电压来提供;(3)其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比消除按键抖动,避免误动作。理解步进电机的工作原理对例关系。步进电机具有快速起停、精确步进和定位等特完成设计任务有着重要的作用。点,可以直接用数字信号驱动,使用非常方便。VHDL语言作为硬件描述语言是目前国内外数字
