基于FPGA的步進電機細分控制系統的設計

成 果，冉 全*，2，葉惠嬌，潘 洋

1.武漢工程大學計算機科學與工程學院，湖北 武漢 430205；2.智能機器人湖北省重點實驗室（武漢工程大學），湖北 武漢 430205

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的數字式傳動裝置，在電子、機械等領域有很多的應用［1］。電機的轉動是由輸入的脈沖信號控制，在控制的過程中能具體的知道電機旋轉的角度［2］。但是由于步進電機的步距角固定，在低頻運轉時容易產生振蕩，不能保證平穩的運行，無法滿足精確控制的要求，一般需要外接阻尼器或者加減速器才可以緩解振蕩問題［3］。本文使用步進電機細分驅動的方式來減少電機振蕩，細分驅動的脈沖信號在控制器中產生，不用外接設備，簡化了控制過程。

傳統的步進電機控制方式是以單片機等微處理器為控制核心，對于簡單的步進電機控制場景是沒有問題的，但是在控制多個步進電機進行頻繁細分操作時，會占用微處理器大量的運算時間和大量的IO口，這會對系統中其它模塊的資源分配產生影響，從而影響其他功能的執行與實現?？删幊涕T陣列（field programmable gate array，FPGA）因為內部程序是并行運行，對處理復雜功能有很強的能力且FPGA擁有大量的IO口，對于步進電機這樣需要多個IO口同時控制的器件是非常適合的。可以很好的解決微處理器在上述方面的不足，而且與程序控制相比，硬件電路控制具備更好的穩定性和快速性。所以系統采用FPGA為控制核心實現步進電機細分控制。

1 步進電機細分驅動原理

當步進電機驅動器接收到一個脈沖信號，步進電機就會按固定的角度（稱為“步距角”）轉一步，電機的旋轉是以固定的角度一步一步運轉下去［4］。……