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1、文章编号:1004-5422(2011)03-0268-03基于EDA技术的步进电机控制电路设计12杨显富,丁中木梁(1.成都大学电子信息工程学院,四川成都610106;2.成都大学实验技术中心,四川成都610106)摘要:步进电机使用中常需要增减速控制,为此,针对驱动步进电机的脉冲,设计了一款脉冲频率控制电路,设计借鉴了直接数字频率合成(DDS)中相位累加的变频思想,使输出脉冲频率做到了线性递增和递减,且增频斜率可控,该设计为步进电机的实际应用提供了方便.电路逻辑功能采用VHDL语言描述,充分发挥了EDA技术
2、优势.波形仿真结果表明,功能完全达到设计期望.关键词:步进电机;控制电路;频率递增;EDA技术中图分类号:TM3836文献标识码:A驱动步进电机的脉冲频率按一定斜率线性递增;t1~0引言t2时段是恒速运行阶段,脉冲频率不变;t2~t3是停步进电机是一种把脉冲信号转换为相应的角位止过程,频率按一定斜率线性递减.梯形图法的特点移,并用脉冲信号进行控制的特殊运行方式的同步是频率变化呈线性规律,这里采用频率线性递增与递电动机.在额定负载范围内,它的角位移量和转速不减是考虑到可使起动与停止为一个匀加速
3、与匀减速因供电电压、负载、环境条件的波动而变化,因而很过程,而匀加速匀减速所产生的惯性转矩是一个恒适合工作在简单的开环控制系统中,这些优点使步值,只要选择好频率上升(下降)斜率,做到负载转矩[1]进电机得到了广泛的应用.步进电机运行通常要加惯性转矩不超过所选步进电机能提供的最大电磁经历起动、恒速、停止3个过程,由于启动过程是一转矩,就可避免电机出现失步和越步现象.个增速过程,和恒速运行相比电机还要多增加克服加速产生的惯性转矩的负担,且增速越快,惯性转矩越大,如果负载转矩加惯性转矩超过了步进电机能提供的电磁转矩
4、就会出现失步;反之,停止过程是一个减速过程,减速过快容易出现越步现象.为了实现精确控制,必须对步进电机的增速和减速过程图1驱动步进电机的脉冲频率变化规律示意图加以控制,使其满足应用所希望的增、减速规律.由于步进电机的转速与加给它的电脉冲频率成线性正按图1所示的脉冲频率变化规律完成电路设计比关系,要控制转速的递增与递减,只要控制脉冲频的关键在频率上升和下降这两段,在数字电路中要实[3,4]率的递增与递减就能达到目的.为此,本文采用现脉冲信号频率变化最简单的方法就是分频,但VHDL硬件描述语言设计了一款用于步进
5、电机的脉分频所得到的一系列脉冲信号之间只能做到周期呈冲频率控制电路,和普通的数字电路设计相比,这种线性变化,而频率呈线性变化却难以做到.为此,本文基于EDA技术的设计更具优势,其方便的仿真功引入DDS的变频思想来实现图1提出的技术要求.能,使设计过程更轻松快捷.2DDS变频与变频电路设计1步进电机的加减速控制策略21DDS变频原理[5,6]目前,对步进电机的加减速控制有很多方法,如DDS是一种全数字化的频率合成技术,由它[2]梯形图法、指数法、抛物线法等,本设计采用梯形图合成的信号,其频率和相位都能线性可控.
6、DDS的频法.如图1所示,t0~t1时段是步进电机的起动过程,率可变是基于相位增量累加的思想(见图2):收稿日期:2011-07-03.作者简介:杨显富(1955),男,副教授,从事单片机技术与EDA技术应用研究.第3期杨显富,等:基于EDA技术的步进电机控制电路设计269在时钟信号clk作用下对相位增量寄存器输出的相设相位增量计数器为二进制m位,通过起停控制位增量作累加后寄存,相位累加寄存器取二进制n输入起动指令后,在时钟脉冲clk作用下,相位累加位,当累加值大等于2n时产生溢出,累加仍然
7、在进器对相位增量a进行累加,溢出后,用Co脉冲一行,相位累加寄存器的值又一轮从小到大变化,直到个周期中的上升沿或下降沿作为相位增量计数器的再次溢出.显而易见,溢出速率高低和相位增量有时钟触发信号,对输入的初始相位增量做一次累加关,增量值越大,累加到溢出的速度越快,即溢出率计数,使a增大为初始值的2倍.之后,相位累加和相位增量成线性正比关系.如果相位累加寄存器器完成第二轮累加溢出,输出Co第二个周期的脉每溢出一次,让溢出信号Co求反一次,则可输出脉冲.这个脉冲的频率将是第一次输出的2倍,而第二冲,这个脉冲信号的频率
8、代表了溢出率.只要给相位个周期脉冲的跳沿再次触发相位增量计数器对初始增量寄存器不同的频率控制字(相位增量),就可以相位增量作第二次累加,使a为初值的3倍.依此在Co获得对应的不同频率的脉冲信号.类推,不难看出,Co脉冲信号每个周期频率等值递增一次,递增幅度受控于初始相位增量,给定初始相位增量越大,频率增幅越大,频率上升越快,初始相位增量可以控
