您好,欢迎来到中国工控网   请 登录免费注册
服务热线:
当前位置:首页 >> 资讯频道 >> > 技术应用 >> 基于FPGA的仪表用步进电机控制器设计%

基于FPGA的仪表用步进电机控制器设计%

时间:2017-10-30 13:33:00   来源:本网   添加人:admin

  在许多光学测量或仪器仪表中都要用到步进电机,但目前通常是应用单片机进行时序控制,再应用现成的驱动器,这样势必会提高仪器仪表的成本和使用。本文针对这个问题设计了一个三相步进电机控制和驱动系统,该系统结构简单、体积小、成本低,稍加改动可以方便的应用到许多系统中。

  1系统构成1.1关于步进电机步进电机作为一种把数字电脉冲信号转换成机械角位移的机电元件,具有控制简单、价格低、维护容易、定位精度高、无累积位置误差、可自锁、控制成本低等特点而得到广泛应用。通常步进电机工作时,每相绕组由专门驱动电源通过“环形分配器”按一定规律轮流通电。环形分配器输出的各路脉冲电压信号,经过各自的放大器放大后送入步进电机的各相绕组,使步进电机一步步转动。

  1.2控制与驱动电路近几年来FPGA以其高性能、高可靠性及输出逻辑结构可组态等特性,广泛用来构成译码器、优先编码器、多路开关、数据比较器、移位寄存器、计数器、总线仲裁器等叭而采用FPGA器件对三相步进电机转动的时序进行控制,不仅简化了系统的结构、降低了成本、而且编程灵活方便,提高了系统的可靠性,使系统具有更强的通用性。同时我们采用由7个硅NPN达林顿晶体管阵列组成的ULN2003来驱动步进电机。它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据;高耐压,工作电流大,灌电流可达500mA,并且在关态时可以承受50V的电压。

  FPGA步进电机时序控制器的实现bookmark4 2.1步进电机的时序要求混合式步进电动机,工作时要求定子磁极的极性交变。通常要求其绕组由双极性驱动电路驱动,即绕组电流能正、反向流动是提供给驱动器的时序信号,对应电机的A、B、C三相。此时三相六拍控制时序如所示。

  三相步进电机三相六拍时序图设计一个步进电机控制器,可根据外部动作命令对步进电机实现相应的操作。在此使用有限状态机来进行设计。其中进行正反转控制的状态机如所示。当方向控制信号D为高电平时,电机正向转动;方向控制信号D为低电平时,电机反向转动。其相应的VHDL程序如下:4结束语在FPGA中使用软核处理器Nios比硬核的优(上接第34页)2.3系统仿真与调试我们先应用MAXPLUS!进行仿真,控制器的符号如。对于该控制器,我们设置的各个控制信号均是外部电键,此外CP为时钟信号,RATE调速方式为:内部数据选择器根据RATE值将移位寄存器的时钟分别和CP及八进制计数器的输出端相连,以对CP进行1、2、4、8分频。STEPOUT输出的时序通过光电耦合直接送驱动器ULN2003,如果为了提高ULN2003的驱动能力可以在其输出端加上拉电阻。

  学出版社,2002.朱全庆,等。片上系统中的IP复用。半导体技术,2001,26(7):3-8.任爱锋,等。基于FPGA的嵌入式系统设计。西安电子科技大学出版社,2004.潘松,黄继业。EDA技术实用教材。北京科技出版社,2002.李维州,郭强。液晶显示应用技术。北京电子工业出版社,2002.包明(1964-)男,硕士,副教授,主要从事EDA技术和计算机检测技术的研究工作。

  (刘鹏编发)从以上可以看出,应用FPGA控制步进电机电路设计简单、价格低廉、应用方便、系统可靠、灵活性大,而且转动平稳,转动误差小。如果对此电路和程序上稍作修改可用于其它光学仪器仪表、光机电一体化系统及单通道多光谱成像中。