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1、8.24 步进电机定位控制系统设计,设计要求,设计一个基于FPGA的4相步进电机定位控制系统。,系统组成,步进电机是利用数字信号控制的电机装置，步进电机每次接收到一组脉冲数字信号，便旋转一个角度，称为步进角。不同规格的步进电机的步进角不同，与电动机内部的线圈数量有关。线圈中的供应电流决定线圈所产生的磁场方向。,4相步进电机有两组线圈 A和 B，如上图所示，A、B两组垂直摆放线圈的电流方向的排列组合，最多可以产生8种磁场方向，分别是0、45、90、135、180、225、270、315。,4相步进电机的8个方向和电流以及电压信号的关系,由上表可以知，假设电动机转子刻度在0的位置，想让其转180，
2、可以使端口信号依次按0001，0011，0010，0110到0100变化。 注意：4相电动机有1相激磁法、2相激磁法和1-2相混合激磁法3种激磁方式。不同的激磁方式，端口信号的顺序是不同的。,FPGA模块图和输入、输出信号说明：,reset:系统内部复位信号， 1时有效； dir :步进电机正反转的方向控制开关， 0:逆时针，1:顺时针； clk :由FPGA内部提供的4MHz的时钟信号； ini :赋初值的使能开关，0时有效；,manner:激磁方式的选择开关(两位), 00:自动检测角度输入, 决定激磁方式01:1-相激磁;10:2-相激磁;11:1-2-相激磁. angle: 步进角的倍
3、数设定输入键. baba : 将内部计数器的count3 downto 0的数值编码输出,模块设计,系统主要由步进电机方向设定电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块构成。 前两个模块完成电机旋转方向设定，激磁方式设定和定位角度的换算等工作，后一个模块用于对换算后的角度量编码输出。,各模块间整体共享的电路内部传递信号,count：内部电路计数累加器，用来产生输出所需对应的状态； cntinc：设定累加器所需的累加/减计数值； sntini：设定累加器所需的计数初值； angledncount：设定步进角所需处理的次数； Angledncntdec：设定步进角所需累减计数值；,电机
4、方向设定电路模块,该模块设定了步进电机的旋转方向以及电机在任一方向上所需的初值与累加/减值。 该模块VHDL程序见8.24 步进电机定位控制系统STEP_MOTOR.VHD中STEP_MOTOR_DIRECTION：BLOCK。,模块输出的各个初值以及累加/减值的设定真值表,dir为0时，步进电机工作于逆时针旋转模式，累加值为正数。 manner 选择激磁方式 00、01、10、11分别对应默认激磁方式、1-相激磁方式、2-相激磁方式和1-2-相激磁方式。,模块输出的各个初值以及累加/减值的设定真值表,dir为1时，步进电机工作于顺时针旋转模式，累加值为负数。 manner 选择激磁方式 00
5、、01、10、11分别对应默认激磁方式、1-相激磁方式、2-相激磁方式和1-2-相激磁方式。,步进电机步进移动与定位控制模块,该模块的主要功能是利用赋初值ini将数值传到该模块中并配合输入的clk作为同步控制信号，进行步进电机的步进移动与定位控制。 该模块VHDL程序见8.24 步进电机定位控制系统STEP_MOTOR.VHD文件STEP_MOVING。,步进电机定位功能通过一个减法器实现：在每个clk脉冲上升缘，设定步进角倍数angledncount 减去不同激磁方式下设定的累减记数值angledncntdec，判断差值小于设定的累减记数时，步进电机旋转到预定角度停止输出驱动端口信号，实现步进电机的定位功能。 驱动端口信号利用累加器实现。,编码输出模块,该模块的功能是将count与angledncount产生的数值经过编码，并通过baba3downto0输出到步进电机。,程序设计与仿真,系统程序见8.24 步进电机定位控制系统VHDL程序与仿真。,
