1、8.24 8.24 步進電機定位控制系統(tǒng)設(shè)計步進電機定位控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計要求n設(shè)計一個基于FPGA的4相步進電機定位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)組成 步進電機是利用數(shù)字信號控制的電機裝置，步進電機每次接收到一組脈沖數(shù)字信號，便旋轉(zhuǎn)一個角度，稱為步進角。不同規(guī)格的步進電機的步進角不同，與電動機內(nèi)部的線圈數(shù)量有關(guān)。線圈中的供應電流決定線圈所產(chǎn)生的磁場方向。 4相步進電機有兩組線圈 A和 B，如上圖所示，A、B兩組垂直擺放線圈的電流方向的排列組合，最多可以產(chǎn)生8種磁場方向，分別是0、45、90、135、180、225、270、315。4相步進電機的8個方向和電流以及電壓信號的關(guān)系 由上表可以知，假設(shè)電動機轉(zhuǎn)子刻度

2、在0的位置，想讓其轉(zhuǎn)180，可以使端口信號依次按0001，0011，0010，0110到0100變化。 留意：4相電動機有1相激磁法、2相激磁法和1-2相混合激磁法3種激磁方式。不同的激磁方式，端口信號的順序是不同的。FPGA模塊圖和輸入、輸出信號說明：reset:系統(tǒng)內(nèi)部復位信號， 1時有效；dir :步進電機正反轉(zhuǎn)的方向控制開關(guān)， 0:逆時針，1:順時針；clk :由FPGA內(nèi)部提供的4MHz的時鐘信號；ini :賦初值的使能開關(guān)，0時有效；manner:激磁方式的選擇開關(guān)(兩位), 00:自動檢測角度輸入, 決定激磁方式01:1-相激磁;10:2-相激磁;11:1-2-相激磁. angl

3、e: 步進角的倍數(shù)設(shè)定輸入鍵.baba : 將內(nèi)部計數(shù)器的count3 downto 0的數(shù)值編碼輸出模塊設(shè)計 系統(tǒng)主要由步進電機方向設(shè)定電路模塊、步進電機步進移動與定位控制模塊和編碼輸出模塊構(gòu)成。 前兩個模塊完成電機旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定，激磁方式設(shè)定和定位角度的換算等工作，后一個模塊用于對換算后的角度量編碼輸出。各模塊間整體共享的電路內(nèi)部傳遞信號ncount：內(nèi)部電路計數(shù)累加器，用來產(chǎn)生輸出所需對應的狀態(tài)；ncntinc：設(shè)定累加器所需的累加/減計數(shù)值；nsntini：設(shè)定累加器所需的計數(shù)初值；nangledncount：設(shè)定步進角所需處理的次數(shù)；nAngledncntdec：設(shè)定步進角所需累減計數(shù)

4、值；電機方向設(shè)定電路模塊n該模塊設(shè)定了步進電機的旋轉(zhuǎn)方向以及電機在任一方向上所需的初值與累加/減值。n該模塊VHDL程序見8.24 步進電機定位控制系統(tǒng)STEP_MOTOR.VHD中STEP_MOTOR_DIRECTION：BLOCK。模塊輸出的各個初值以及累加/減值的設(shè)定真值表mannercntinicntincangledncntdec00angle=2n+1時 1angle=2n 時 0220102210-12211011dir為0時，步進電機工作于逆時針旋轉(zhuǎn)模式，累加值為正數(shù)。 manner 選擇激磁方式 00、01、10、11分別對應默認激磁方式、1-相激磁方式、2-相激磁方式和1-

5、2-相激磁方式。模塊輸出的各個初值以及累加/減值的設(shè)定真值表mannercntinicntincangledncntdec00angle=2n+1時 1angle=2n 時 0-22010-2210-1-22110-11dir為1時，步進電機工作于順時針旋轉(zhuǎn)模式，累加值為負數(shù)。 manner 選擇激磁方式 00、01、10、11分別對應默認激磁方式、1-相激磁方式、2-相激磁方式和1-2-相激磁方式。步進電機步進移動與定位控制模塊n該模塊的主要功能是利用賦初值ini將數(shù)值傳到該模塊中并配合輸入的clk作為同步控制信號，進行步進電機的步進移動與定位控制。n該模塊VHDL程序見8.24 步進電機定位控制系統(tǒng)STEP_MOTOR.VHD文件STEP-_MOVING。n步進電機定位功能通過一個減法器實現(xiàn)：在每個clk脈沖上升緣，設(shè)定步進角倍數(shù)angledncount 減去不同激磁方式下設(shè)定的累減記數(shù)值angledncntdec，判斷差值小于設(shè)定的累減記數(shù)時，步進電機旋轉(zhuǎn)到預定角度停止輸出驅(qū)動端口信號，實現(xiàn)步進電機的定位功能。n驅(qū)動端口信號利用累加器實現(xiàn)。編碼輸出模塊n該模塊的功能是將