步進電機定位控制系統(tǒng)的設計

摘 要: 系統(tǒng)基于51單片機控制，以FPGA芯片來實現(xiàn)驅動，步進電機的脈沖分配作為核心電路加以必要的數(shù)字模擬輔助電路，形成一個4相8拍步進電機定位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成了步進電機的正確脈沖分配并實現(xiàn)了步進電機的方向調節(jié)、速度調節(jié)及定位控制等功能，由于單片機控制模塊的使用使得FPGA驅動模塊對步進電機的定位控制更加方便，對步進電機的速度控制精度很高，并且更加準確。關鍵詞:步進電機; 定位控制; FPGA;脈沖分配

中圖分類號:TN919-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)18-0205-03

Design of Stepper Motor Positioning Control System

WANG Yan-ping

(Automation Institute， Xi’an University of Posts and Telecommunication， Xi’an 710061， China)

Abstract: A 4-phase 8-step stepper motor positioning control system is established based on 51 MCU， whose driver is achieved by adopting FPGA， and pulse allocating of stepper motor is used as kernel circuit supported with necessary digital analog circuit. This system can implement smoothly correct pulse allocating and can adjust the direction of stepper motor， speed and position， etc. Using the MCU control， the FPGA driven module can advance speed control accuracy.Keywords: stepper motor; positioning control; FPGA; pulse allocating

0 引 言

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制步進電機的角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。傳統(tǒng)的步進電機控制一般都用固定功能的芯片來搭建，電路比較龐大、用戶界面友好度差、也不經(jīng)濟。

由于大規(guī)模可編程器件(FPGA)具有體積小、改動靈活方便、性能高、功耗低、效率高的特點，完成數(shù)控部分的功能采用FPGA芯片是一種理想的解決方案。可以從軟件、硬件兩方面對任務進行分析，搭建系統(tǒng)的硬件平臺以及軟件的控制設計，并逐步進行測試，在整個系統(tǒng)運轉后，可以對系統(tǒng)的性能進行測試，對不足之處通過軟件給予改進。

1 步進電機的工作原理[1-2]

步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。……