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1、工控技术潘涛等:步进电机控制器的FPGA实现步进电机控制器的FPGA实现潘涛,程耕国(武汉科技大学湖北武汉430081)摘要:介绍基于FPGA的步进电机控制器的设计,在分析步进电机的工作原理的基础上,给出了层次化设计方案与VHDL程序,并利用QuartusⅡ进行了仿真并给出了仿真结果。它以FPGA作为核心器件,极大地减少了外围元件的使用。同时,采用VHDL语言控制可以根据步进电机的不同,改变模块程序的参数就可以实现不同型号步进电机的控制,有利于步进电机的广泛应用。关键词:步进电机;控制器;现场可编程逻辑门阵列;硬件描述语言中图分类号:TP29文献标识码:B文章编号:1004-3
2、73X(2009)01-148-03FPGAImplementationofSteppingMotorControllerPANTao,CHENGGengguo(WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430081,China)Abstract:ThispaperintroducesadesignforthesteppingmotorcontrollerbasedonFPGA,afteranalyzestheworkingprincipleofsteppingmotor,VHDLcodesandthesimulationresul
3、tsthroughQuartusⅡarepresented.Atthesametime,usingVHDLlanguagecontroltobepossibletoactaccordingtothesteppingmotor′sdifferences,thechangeofmodule′sprogramparametermightimplementthedifferentmodeltosteppingmotor′scontrol,itisadvantageousinsteppingmotor′swidespreadapplication.Keywords:steppingmot
4、or;controller;fieldprogrammablegatearray;VHDL集成有上百万的逻辑门,可以在其内部规划出多个与传0引言统小规模集成器件功能相当的模块。另外,一般的随着步进电机广泛地应用于数字控制系统中作为FPGA内部都有PLL倍频和分频电路模块,这样可以伺服元件,步进电机在实时性和灵活性等性能上的要求在外部采用较低频率的晶振而在内部获得较高频率的越来越高。那么如何灵活、有效地控制步进电机的运转时钟,进一步解决了电磁干扰和电磁兼容问题。成为研究的主要方向。这里采用现场可编程逻辑门阵1步进电机的工作原理列(FieldProgrammableGateArra
5、y,FPGA),通过VHDL语言编程来实现四相步进电机的控制。利用步进电动机是一种自动化执行部件,和数字系统结FPGA设计具有以下优点:合可把脉冲数转换成角位移,实现其正转、反转、手动和硬件设计软件化FPGA的开发在功能层面上可自动控制。四相步进电机有两组线圈A和B。A,B两以脱离硬件在EDA软件上做软仿真。当功能确定无组垂直摆放线圈的电流方向的排列组合,最多可以产生误后可以进行硬件电路板的设计。最后将设计好的,由8种磁场方向,分别是0°,45°,90°,135°,180°,225°,EDA软件生成的烧写文件下载到配置设备中去,进行270°,315°。表1给出了四相步进电机的8
6、个方向和电在线调试,如果这时的结果与要求不一致,可以立即更流以及电压信号的关系。改设计软件,并再次烧写到配置芯片中而不必改动外接四相电动机有3种激磁方式:硬件电路。进行分层模块设计后系统设计变得更加简一相激磁法:当目标角度是90°的整数倍时,采用单,在实时性和灵活性等性能上都有很大的提高,有利这种方法。于步进电机的运动控制。二相激磁法:当目标角度是45°,135°,225°,315°的高度集成化,高工作频率一般的FPGA内部都整数倍时,采用这种方法。一、二相激磁法:即完全按照表1所列的信号顺序。收稿日期:2008-06-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(60074032)
7、148《现代电子技术》2009年第1期总第288期þ电子技术应用ü表1四相步进电机的8个方向和电流以及电压信号的关系表count<=7;cntini<=-1;cntinc<=2;angleDnCntDec<=2;--"10";磁场方向0°45°90°135°180°225°270°315°when3=>--一-二相激励电流方向A→CA→C0A←CA←CA←C0A→Ccount<=0;cntini<=0;cntinc<=1;A线圈angleDnCntDec<=1;--"01";B线圈0B→DB
