基于fpga步进电机驱动控制系统设计

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1、万方数据第34卷第6期2011年12月电子器件ChineseJournalofElectronDevicesV01．34No．6Dec．2011DesignonaDriveControlSystemofSteppedMotorBasedonFPGAQIUHui，LINWei+，HUANGShizhen(FuJianKeyLabofMicroelectronics＆IntegratedCircuits，Fuzhou350002．China)Abstract：Thedrivecontrolsystemofst

2、eppedmotorbasedonFPGAwasanalyziedbytheworkingprincipleanddesignedbyveriloglanguage．Thesystemcallcontrolthesteppedmotoraccordingtoestablished孤Ide，thedirectionofrotationandpositioncontrolfunction．SimulationandsynthesisresultsshowthatthesystemCallnotonlyachi

3、evethesteppedmotordrivecontrol，butalsooptimizethetraditionalsystemstructure，andimprovethesystemofanti—interferenceabilityandstability．Itcanbeusedinmanyapplication棚s，such够IndustryAutomation，OfficeAutomationetc．Keywords：stepmotor；drivecontrol；Verilog；FPGAEE

4、ACC：8340doi：10．3969／j．issn．1005—9490．2011．06．020基于FPGA步进电机驱动控制系统的设计邱晖，林伟‘，黄世震(福建省微电子集成电路重点实验室，福州350002)摘要：通过对步进电机的驱动控制原理的分析，利用Verilog语言进行层次化设计，最后实现了基于FPGA步进电机的驱动控制系统。该系统可以实现步进电机按既定角度和方向转动及定位控制等功能。仿真和综合的结果表明，该系统不但可以达到对步进电机的驱动控制，同时也优化了传统的系统结构，提高了系统的抗干扰能力和稳定

5、性，可用于工业自动化、办公自动化等应用场合。关键词：步进电机；驱动控制；Verilog；FPGA中图分类号：TM394：TN709；TN492文献标识码：A文章编号：1005—9490(2011)06—0686—04随着数字化技术的发展以及步进电机(StepperMotor)本身技术的提高，步进电机将会在数字化制造时代发挥着重大的用途。步进电机易于控制、快速响应性好、并可在很宽的范围内进行平滑调速，是数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制等自动控制系统中广泛应用的执行元件[1]。步进电机的驱动技术指的是用步

6、进电机驱动器的驱动级来实现步进电机各相绕组的通电和断电．同时也是对绕组承受的电压和电流进行控制的技术【2]。该驱动控制技术可以显著改善步进电机综合使用性能。步进电机和普通电机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合[3]。在传统的驱动控制系统中。对于小功率直流电机步进电机的控制，常采用微处理器或单片机作为控制核心，但都暴露出控制电路体积较大和稳定性不高等缺点【4]。步进电机作为开环控制元件广泛应用于仪器仪表、电机一体化等方面．但受到自身制造工艺的限制它的步

7、距角一般比较大且是固定的．步进分辨率低、缺乏灵活性、在低频运收稿日期：201I一06—30修改日期：201I一07—30行时振动。这些缺点使得步进电机应用于要求较高的场合时，只能采取闭环控制，增加了系统的复杂性，严重限制了步进电机作为优良的开环控制元件的有效利用f5J。由于大规模可编程器件FPGA(FieldPro—grammableGateArray)具有体积小、改动灵活方便、性能高、功耗低、效率高的特点，完成数控部分的功能采用FPGA芯片是一种理想的解决方案[6】。本文主要介绍采用现场可编程门阵列．通

8、过Verilog语言编程来实现四相步进电机的控制。由于VerilogHDL的灵活性，可以对FPGA器件进行灵活的编程，实现复杂的控制算法，从而提高了控制性能，而且可以降低整个系统的体积和成本，增加系统的可靠性。系统的整体设计思路根据步进电机的控制原理⋯．系统设计采用模块化设计原则，按照现代EDA工程常用的“自上而下”的设计思想，进行功能分离并按照层次设计‘8I，用Verilog语言实现每个模块功能，最后将所有的模块进行综合，实