基于FPGA的三相步进电机控制器_电子/电路_工程科技_专业资料。为提高电机控制的度和灵活度,并减小其功耗与体积,用QuartusII软件开发了一种基于FPGA的三相步进电机控制器.该电机控制器包括指定频率产生模块、频率调节模块、频率测量及LED显示模块、电机开关控制逻辑、电机运转方向控制逻辑等部分,整个系统使用VHDL硬件描述语言实现,采用全数字化控制.仿线月 机 电 工 程 Ｖ０１．２６ Ｎｏ．１ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ Ｊａｎ．２００９ 基于ＦＰＧＡ的三相步进电机控制器 胡云卿，白建华，詹晓东 （杭州电子科技大学机械电子工程系，浙江杭州３１００１８） 摘 要：为提高电机控制的度和灵活度，并减小其功耗与体积，用ＱｕａｒｔｕｓｌＩ软件开发了一种基于 ＦＰＧＡ的三相步进电机控制器。该电机控制器包括指定频率产生模块、频率调节模块、频率测量及ＬＥＤ 显示模块、电机开关控制逻辑、电机运转方向控制逻辑等部分，整个系统使用ＶＨＤＬ硬件描述语言实 现，采用全数字化控制。仿真结果表明，该控制器控制灵活、调速范围大、精度高、稳定性好。 关键词：现场可编程门阵歹１３；步进电机；ＶＨＤＬ；ＥＤＡ；集成控制 中图分类号：ＴＭ３８３．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４５５ｌ（２００９）０１—００８５—０４ Ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ ＨＵ Ｙｕｎ—ｑｉｎｇ，ＢＡＩ Ｊｉａｎ—ｈｕａ，ＺＨＡＮ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｄｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｗａｒｅ ｗａｓ ｔｏｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ａ ｃｏｎｔｒｏｌ，ＱｕａｒｔｕｓＩＩ ｓｏｆｔ— ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａ? ｍｏｄｕｌｅ ｗｈｏｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｓｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｅｒｓ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｄｊｕｓｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｒｏｏｄ－ ａｎｄ ｔｌｌｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ＷｆｌＳ ｕｌｅ，ｏｎ－ｏ仃ｍｏｄｕｌｅ，ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｒｅｖｅｉｌ帖ｍｏｄｕｌｅ．Ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｅｒｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ＶＨＤＬ ｔｏｔａｌｌｙ ｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｓＩｌｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｉｄｅ ｓｐｅｅｄ ｒａｎｇｅ，ｈｉｓｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅｓ ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）；ｓｔｅｐ ｍｏｔｏｒ；ｖｅｒｙ ｈｉｇｈｔ ｓｐｅｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｌａｎ－ ｇｎａｇｅ（ＶＨＤＬ）；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＥＤＡ）；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ 开发板上自带的有源晶振频率多为５０ ＭＨｚ，经过内 ０引言 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位 移的机电元件。每接收到一个电脉冲信号，步进电机 就按设定的方向转动一个固定的角度，这个角度称为 “步距角”，电机的运转就是以步距角为单位一步一步 进行的。所以，通过控制电脉冲的个数可以控制角位 移量；通过控制电脉冲的频率可以调节电机运转的速 度和加速度，从而实现步进电机调速。 本研究使用现场可编程逻辑门阵列（ＦＰＧＡ）实现 对三相步进电机的控制，控制对象包括：步进电机的启 停，正转与反转，加速、减速与保持，电机的３种运行方 式（单三拍、双三拍、三相六拍）选择。 嵌式锁相环ＰＬＬ…后可输出频率为３２．７６８ ＭＨｚ的 精准方波，再通过基准频率产生模块对其５００分频， 就得到６５．５３６ ｋＨｚ的方波，作为本系统的基准频率。 步进电机频率调节器不仅可以调节电机的工作频率 值，还可以设定３种电机变速状态：加速、减速、保 持。调节后的电机工作频率值输入方波产生模块， 该模块基于ＤＤＳ（直接数字频率合成）原理实现，可 以产生频率大小和输入值完全相同的方波。数字频 率计测量输出方波的频率大小并实时显示在ＬＥＤ数 码管上，便于验证产生的方波频率是否和指定值相 同。由于驱动三相步进电机需要３路在时间上有特 定顺序的方波，并且电机工作在不同方式下所需的 驱动波形各不相同，这就需要一个三相方波产生模 ｌ控制系统的原理 控制器原理的示意图如图１所示。目前ＦＰＧＡ 收稿日期：２００８—０７—２２ 块，该模块利用数字电路中的有限状态机技术实现。 后将输出的三相方波信号根据实际需要放大，即 可控制对应的三相步进电机。 作者简介：胡云卿（１９８４一），男，浙江杭州人，主要从事ＦＰＧＡ及单片机控制方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｙｕｎｑ＠１２６．ｃｏｍ 通信联系人：白建华，男，教授。硕士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｈｈｉｅ＠ｒｉｐ．ｓｉｎｅ．ｃｏｒｎ 万方数据
以上信息由无锡惠斯通电机科技有限公司整理编辑，了解更多步进电机,两相步进电机,混合式步进电机信息请访问http://www.huistong.com