基于fpga步进电机控制器研究与实现

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1、2011年1月15日现代电子技术Jan．2011第34卷第2期ModernElectronicsTechniqueVo1．34No．2基于FPGA的步进电机控制器研究和实现应芳琴(浙江财经学院信息学院，浙江杭州310018)摘要：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，已广泛应用于各种自动化控制系统中。为了提高对步进电机的细分要求，提出了基于FPGA控制的步进电机控制器方案。给出了用VHDI语言层次化设计各功能模块的过程，利用QuartuslI进行仿真，给出了仿真结果，并成功地在FPGA器件上验证了设计的可

2、能性。采用FPGA器件和VHDI语言。只需修改模块程序参数，而无须修改硬件电路就能实现各种控制。该设计硬件结构简单可靠，可根据实践需要灵活方便进行配置。关键词：步进电机；FGPA；控制器；Quartus1I中图分类号：TN9l1—34；TP312文献标识码：A文章编号：1004—373X(2011)02一Ol98—04ResearchandImplementationofSteppingMotorControllerBasedonFPGAYINGFang—qin(Dept．ofInformationEnginee

3、ring，ZhejiangUniversityofFinance&Economics，Hangzhou310018．China)Abstract：Steppermotorisanimplementingagencywhichturnstheelectricalpulseintotheangulardisplacementandiswidelyusedinautomaticcontrolsystems．AsubdivideddrivingcircuitforsteppingmotorcontrolledbyFPGA

4、isputforward．Thedesignprocessofeachfunctionalmodulewithhierarchicaldesignisdescribed．ThesimulationresultsobtainedbytheaidofQuartusIIispesented．ItsfeasibilityissuccessfullyvalidatedinaFPGAdevice．ThecontrolfunctioncanberealizedbyFPGAdevicesandVHDLlanguageinthec

5、aseofonlychangingtheprogramparametersofmodulesbutnotchangingthehardwarecircuit．Thehardwaredesignissimpleandreliable，andcouldbeconfiguredeasilyandflexiblyaccordingtothepracticalneeds．Keywords：steppingmotorIFPGA；controller；QuartusI步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角PWM计数器在脉

6、宽时钟的作用下递增计数，产生阶梯位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因形上升的周期性锯齿波，同时加载到各数字比较器的一此非常适合对数字系统的控制口j。由于工业技术的不端；PWM波形ROM输出的数据A[3．．0]，BE3。．O]，断进步，诸如自动化控制、精密机械加工、航空航天技C[3．．O]，DE3．．0]分别加载到各数字比较器的另一端。术，以及所有要求高精度定位、自动记录、自动瞄准等的当PWM计数器的计数值小于波形ROM输出的数值高新技术领域对步进电机的细分要求越来越高。实时，比较器输出低电平，当PW

7、M计数器的计数值大于践证明，步进电机的细分驱动技术可以减小步进电机的波形ROM输出数值时，比较器输出高电平。由此可输步距角，提高电机运行的平稳性，增加控制的灵活性等。出周期性的PWM波形。根据步进电机8细分电流波采用FPGA控制步进电机，利用其中的EAB可以构成形的要求，将各个时刻的细分电流波形所对应的数值存存放电机各相电流所需的控制波形数据表，利用FPGA放于波形ROM中，波形ROM的地址由地址计数器产设计的数字比较器可以同步产生多路PWM电流波形，生。通过对地址计数器进行控制，可以改变步进电机的并对多相步进电

8、机进行灵活控制。当改变控制波形表旋转方向、转动速度、工作／停止状态。FPGA产生的的数据，增加计数器的位数．提高计数精度后，就可以对PWM信号控制各功率管驱动电路的导通和关断，其中步进电机的步进转角进行任意细分，从而实现步进转角PWM信号随ROM数据而变化，改变输出信号的占空的精确控制。比，即可实现限流及细分控制，最终使电机绕组呈现阶梯形变化，从而实现步距细分的目的。输出