【正文】 機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)控制也大量的使用步進(jìn)電機(jī)。由于相應(yīng)的 EDA 軟件功能完善而強(qiáng)大， 仿真能力便捷而實(shí)時(shí)，開(kāi)發(fā)過(guò)程形象而直觀，兼之硬件因素涉及甚少。而且反過(guò)來(lái)去學(xué)單片機(jī)，就顯得輕車熟路多了。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于行家里手來(lái)說(shuō)是十分簡(jiǎn)單的事，然而對(duì)于初學(xué)者著實(shí)不是一件容易的事。 CPLD 的可選擇范圍很大，可根據(jù)不同的應(yīng)用選用不同容量的芯片，可實(shí)現(xiàn)幾乎任何形式的數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 CPLD的高可靠性還表現(xiàn)在幾乎可將整個(gè)系統(tǒng)下載于同一芯片中，從而大大縮小了體積， 易于管理和屏蔽。設(shè)計(jì)中只需利用簡(jiǎn)單的語(yǔ)句將閑置狀態(tài)導(dǎo)入同一初始入口 ，就能有效防止任何可能的“死機(jī)”現(xiàn)象。但物理機(jī)制卻像一片 74LS164那樣屬純硬件電路，十分可靠。在高可靠應(yīng)用領(lǐng)域， MCU的缺憾為 CPLD的應(yīng)用留下了很大的用武之地。 CPLD的時(shí)鐘延遲可達(dá)納秒級(jí)，結(jié)合其并行工作方式，在超高速應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)時(shí)測(cè)控方面有非常廣闊的應(yīng)用前景。 這些功能在通訊器件和軍事器件上有特殊用途。其編程次數(shù)多達(dá) 1萬(wàn)次。因?yàn)樗s了價(jià)格昂貴，操作不便的專用編程器，只需一個(gè)十分簡(jiǎn)單的下載編程電路和一條 PC機(jī)的打印機(jī)通訊線就行了。 CPLD產(chǎn)品中部分是采用菊花在系統(tǒng)編程方式的。由 于 EDA技術(shù)的不斷發(fā)展 ,復(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD(Complex Programmable Logic Device)在 各個(gè) 領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。設(shè)計(jì)得可以自己定義器件的內(nèi)部邏輯和管腳 ,將原來(lái)由電路板設(shè)計(jì)完成的大部分工作放在芯片的設(shè)計(jì)中。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展 ,EDA(Electronic Design Automation)技術(shù) 作為 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心 發(fā)揮了巨大的作用。 本文采用 ALTERA 公司的 FLEX10K10 系列 CPLD器件 ，設(shè)計(jì)了專用的步進(jìn)電機(jī)控制電路，取得了較好的效果。上述兩種控制方式，簡(jiǎn)單方便，易于實(shí)現(xiàn)，但步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，都要占用CPU 時(shí)間，降低了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理性能。 對(duì)于大功率步進(jìn)電機(jī) ，一般采用 CPU與專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器聯(lián)合工作的方式， CPU 產(chǎn)生脈沖，控制停啟、正反轉(zhuǎn)等，專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器則進(jìn)行脈沖環(huán)形分配及功率驅(qū)動(dòng)。目 錄 摘要 ????????????????????????????????? 1 Abstract ??????????????????????????????? ? 2 1 引言 ??????????????????????????????? ? 3 EDA技術(shù) ??????????????????????????? ? 3 步進(jìn)電機(jī)概述 ????????????????????????? ? ? 4 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 ? ????????????????????? ? ? ? 4 步進(jìn)電機(jī)控制 方式 ??????????????????????? 4 步進(jìn)電機(jī)的 驅(qū)動(dòng) ? ??????????????????? ??? ? 5 2 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 及說(shuō)明 ?????????????????????????? 5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ???????????????????????????? ? 5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ??????????????????????? ?? 6 步進(jìn)電機(jī)控制板 ? ??????????????????????? ?? 6 數(shù)碼管顯示 ???????????????????????? ? ? 6 可編程芯片 ???????????????????????? ?? 7 鍵盤(pán) ?????????????????????????? ? ?? 8 其他部分 ????????????????????? ?????? 8 芯片引腳分配 ??????????????????????? ???? 8 3 軟件模塊 ????????????????????????????? ? 9 硬件描述語(yǔ)言 VHDL??????????????????????? ? 9 VHDL 語(yǔ)言的特點(diǎn) ?????????????????????????? ? 9 VHDL 的基本結(jié)構(gòu) ?????????????????????????? ? 9 CPLD 設(shè)計(jì)流程 ???????????????????????????? 10 電路構(gòu)成及各模塊功能實(shí)現(xiàn) ?????????????????? ?? ? 10 CPLD 設(shè)計(jì)及電路時(shí)序 ???? ?????????????????? ? 11 步進(jìn)電機(jī)控制 模塊 ?????????????????????????? 11 波形信號(hào)發(fā)生 模塊 ?????????????????????????? 12 數(shù)碼 動(dòng)態(tài) 顯示 模塊 ?????????????????????????? 14 步進(jìn)電機(jī)方向控制和彈跳消除電路 ?? ???????????????? ? 16 時(shí)鐘分頻 ????????????????? ????????????? 17 4 配置方法及 運(yùn)行 ??? ?? ???? ????????????????????? 17 5 結(jié) 論 ???????????????????????????? ???? 19參考文獻(xiàn) ??????????????????????????????? 19 基于 CPLD 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 1 基于 CPLD的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 摘要 本文 給出了一種基于 CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件 )構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以CPLD作為核心器件 ， 極大 地 減少了分立元件的使用 ， 系統(tǒng)擴(kuò)展性能好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉 ， 具有可在系統(tǒng)改變功能 、不占用 CPU 時(shí)間、易于高速控制等優(yōu)點(diǎn)，也可用于各種多步進(jìn)電機(jī)控制場(chǎng)合。 關(guān)鍵詞： CPLD/FPGA 步進(jìn)電機(jī) VHDL 基于 CPLD 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 2 The control system of stepper motor based on CPLD Abstract This paper introduces a kind of control system of stepper motor based upon CPLD. As the core of the device, CPLD implements the most logic functions and minimizes the number of using discrete ponents. The distinctive advantages of the system are expandable, stable, simple and lowcost, also have the advantages of changing functions on system and doesn’t occupy CPU time, etc. It can be used in controlling situation of every multiple stepper motor. Keywords: CPLD/FPGA, stepper motor, VHDL 基于 CPLD 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 3 1 引言 近些年來(lái) ,由于步進(jìn)電機(jī)的控制精度不斷提高 ,越來(lái)越多有較高控制精度要求的系統(tǒng)也開(kāi)始采用步進(jìn)電機(jī)。而對(duì)于小型功率步進(jìn)電機(jī)，為了降低成本，縮小體積，更常用的是采用嵌入式 CPU直接產(chǎn)生環(huán)形脈沖驅(qū)動(dòng)功率器件去控制步進(jìn)電機(jī)工作。 CPLD 器件由于開(kāi)發(fā)方式靈 活、功能擴(kuò)展方便、集成度較高 ， 在各類設(shè)計(jì)中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。 EDA 技術(shù) 當(dāng)今社會(huì)是數(shù)字化的社會(huì)，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會(huì)。 EDA技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)多采用原理圖輸入的設(shè)計(jì)模式 ,而是采用 HDL(Hardware Description Language)作為設(shè)計(jì)輸入。這大大縮短了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期 ,提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)效率。 CPLD及其應(yīng)用特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法相比， CPLD的 優(yōu)勢(shì) 是多方面的，可歸納如下： （ 1）編程方式簡(jiǎn)便先進(jìn)。 這種先進(jìn)的編程方式已成為當(dāng)今世界上各類可編程器件發(fā)展的趨勢(shì)。它無(wú)須編程高壓，在 TTL電平下隨時(shí)可進(jìn)行在線編程，并可進(jìn)行所謂菊花鏈?zhǔn)?多片串行編程。此外，還可輕易地實(shí)現(xiàn)紅外編程，超聲編程或無(wú)線編程，或通過(guò)電話線遠(yuǎn)程在線編程。 （ 2） 高速。 （ 2）高可靠性。這族器件盡管在功能開(kāi)發(fā)上是通過(guò) EDA軟件實(shí)現(xiàn)的。 通過(guò)合理設(shè)計(jì)，大多數(shù)應(yīng)用中，無(wú)須考慮復(fù)雜的復(fù)位和初始化。由于是并行工作，它的任一初始輸入腳都可用做類似于 MCU的中斷監(jiān)測(cè)引腳，且反應(yīng) 上 速度僅為納秒級(jí)。 （ 4）功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣闊。 （ 5）易學(xué)易