基于fpga的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制電路的設(shè)計(jì)-全文預(yù)覽
【正文】 北京：清華大學(xué)出版社，2009[4] HDL程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2009[5] Michael HDL 高級(jí)數(shù)字設(shè)計(jì)[M].[6] Mar237。首先要感謝老師對(duì)我們的辛勤教導(dǎo)，其次要感謝實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)為我提供了FPGA的開發(fā)板和技術(shù)指導(dǎo)。通過固化程序到開發(fā)板上，很明顯的感覺到未細(xì)分時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)很厲害，細(xì)分之后步進(jìn)電機(jī)能較為平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。最下邊的數(shù)值為步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分狀態(tài)值。圖10 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電壓上升圖圖11為步進(jìn)電壓下降圖，由圖可以知道步進(jìn)電機(jī)輸出和上升的波形相反。圖9 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分狀態(tài)顯示模塊 各個(gè)部分仿真圖介紹本次設(shè)計(jì)的方針波形主要通過modemsim軟件進(jìn)行仿真，用其編譯的腳本文件可以方便對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行波形仿真，并驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)的正確性。 圖7 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分模塊和非細(xì)分模塊 圖8為步進(jìn)電機(jī)控制模塊，本模塊通過接受按鍵的輸入信號(hào)來決定步進(jìn)電機(jī)的輸出是細(xì)分狀態(tài)還是非細(xì)分狀態(tài)。圖5 本次設(shè)計(jì)的頂層文件圖 各個(gè)模塊簡要介紹 圖6為按鍵電路通過input鎖定的按鍵輸入，然后xd模塊為消除抖動(dòng)模塊，然后通過通過xf_cont模塊來實(shí)現(xiàn)電平的反轉(zhuǎn)，首次按下按鍵的時(shí)候xf端口輸出為高電平，代表的狀態(tài)為步進(jìn)電機(jī)細(xì)分模式。步進(jìn)電機(jī)為5V驅(qū)動(dòng)的4相5線的步進(jìn)電機(jī)，而且是減速步進(jìn)電機(jī)，減速比為1：64。由上述電機(jī)各自相互通電的狀態(tài)下的矩角特性曲線可知，按等步距角細(xì)分必須滿足各自相矩角特性曲線幅值，位差和形狀都相同，如圖4所示。這種方法示意見圖2，其轉(zhuǎn)矩角特性曲線見圖3。本次設(shè)計(jì)采用是一二相勵(lì)磁的方式，順序?yàn)檎D(zhuǎn)。每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)。因而成為目前使用最多的勵(lì)磁方式。表1 一相勵(lì)磁順序表STEPABCD11000201003001040001勵(lì)磁的順序說明為：1 2 3 4 1如此循環(huán)。其特點(diǎn)是：精確度好、消耗電力小，但是輸出的轉(zhuǎn)矩最小，產(chǎn)生的振動(dòng)很大。簡要介紹如下。因此，只要依照固定的順序不斷送出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就能夠一直連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)沒旋轉(zhuǎn)一圈需要200個(gè)脈沖信號(hào)來勵(lì)磁，176。 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列( Field Programmable Gate Array, FPGA)集成度高、通用性好、設(shè)計(jì)靈活且性能穩(wěn)定, 能夠極大地縮小電路板的面積, 提高電路的穩(wěn)定性。的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，176。然而步進(jìn)電機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)存在振蕩現(xiàn)象并且產(chǎn)生很大的電磁噪聲, 另外步進(jìn)電機(jī)的固有步進(jìn)角多在0. 45~1. 8之間, 在精密、穩(wěn)定控制場(chǎng)合, 用普通的方法驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)不能獲得理想的步進(jìn)控制精度和運(yùn)行平穩(wěn)度。目 錄1 引言 12 步進(jìn)電機(jī)簡介 2 步進(jìn)電機(jī)工作原理 2 步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式 2 一相勵(lì)磁 2 二相勵(lì)磁 3 一二相勵(lì)磁 3 細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理 43 設(shè)計(jì)方案 5 各個(gè)模塊簡要介紹 6 各個(gè)部分仿真圖介紹 84 結(jié)論 11謝 辭 12參考文獻(xiàn) 13附 錄 141 引言步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角度位移或者線性位移的開環(huán)控制元件?；诓竭M(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高、可開環(huán)應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn),它被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)控制、儀器儀表等領(lǐng)域。176。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。2 步進(jìn)電機(jī)簡介 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)有三線制、五線制和六線制，但其控制方式均是相同的，都要以脈沖信號(hào)電流來驅(qū)動(dòng)。六線制四相步進(jìn)電機(jī)是比較常見的，它的控制等效電路如圖1所示，它有四條勵(lì)磁信號(hào)引線A，B,C,D,通過四條引線上勵(lì)磁脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，即可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，每出現(xiàn)一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)只走一步。假設(shè)沒旋轉(zhuǎn)一圈需要200個(gè)脈沖信號(hào)來勵(lì)磁，176。每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)，這是三種勵(lì)磁方式中最簡單的一種。表中的1和0表示給電機(jī)的高電平和低電平。其特點(diǎn)是：輸出轉(zhuǎn)矩較大，振動(dòng)比較小。 一二相勵(lì)磁為一相勵(lì)磁和二相勵(lì)磁交替導(dǎo)通的方式。表3 一二相勵(lì)磁順序表STEPABCD11000211003
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