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用VHDL语言设计的步进电机控制器-苏州健雄职业技术学院
用VHDL语言设计的步进电机控制器-苏州健雄职业技术学院
发布时间:2023-11-09 07:45:41 来源:
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用
VHDL
语言设计的步进电机控制器
施纪红
(健雄职业技术学院
计算机工程系,江苏
太仓
215411
)
摘
要:
提出了一种利用
VHDL
语言设计步进电机控制器的思路,该控制器能够实现速度控制、工作方式
选择等多种功能。对该系统的结构、各模块的功能,综合、仿真进行了详细的论述。该系统具有修改方便、使用
灵活、可靠性高、可移植性强等优点。
关键词:
VHDL
;步进电机;脉冲分配器;仿真
中图分类号:
TN702
;
TH39
文献标识码:
A
1
引言
随着电子技术的发展,
现场可编程门阵列
FPGA
和复杂可编程逻辑器件
CPLD
的出现,
使得电子系统的设计者利用与器件相应的电子设计软件,
在实验室里就可以设计自己的专用
集成电路
ASIC
器件。
其中电子设计自动化(
EDA
)的关键技术之一就是可以用硬件描述语
言(
HDL
)来描述硬件电路。
VHDL
是用来描述从抽象到具体级别硬件的工业标准语言,它
是由美国国防部在
80
年代开发的
HDL
,
现在已成为
IEEE
承认的标准硬件描述语言。
VHDL
支持硬件的设计、
验证、
综合和测试,
以及硬件设计数据的交换、
维护、
修改和硬件的实现,
具有描述能力强、生命周期长、支持大规模设计的分解和已有设计的再利用等优点。
[1]
利用
VHDL
这些优点和先进的
EDA
工具,根据具体的实际要求,将设计一个步进电机控制器电
路。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
也就是当步进驱动器接收到一个脉
冲信号时,
它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,
它的旋转是以固定的角度
一步一步运行的。现场可编程门阵列
(FPGA
是对步进电机实现一体化控制的理想选择。
本文主要介绍了利用
VHDL
语言设计的三相反
应式步进电机驱动电路的设计思路:现场可编程门阵列
(FPGA
将接口电路送来的一系列信
号,转换成
步进电机的驱动脉冲经过功率放大后送给步进电机,以此控制步进电机的转动方向和速度。
如图
1
。
图
1
步进电机驱动电路原理图
Fig.1
Circuitousphilosophyofsteppermotordevice
2
步进电机控制器原理
步进电机控制器主要由三部分组成,原理如图
2
。
1
图
2
步进电机控制器原理图
Fig.2
Circuitousphilosophyofsteppermotorcontroller
2.1
频率发生器
步进电动机的转动是由脉冲控制的,
通过控制脉冲频率即可控制电机转动的速度和加速
度,从而达到调速的目的。此处设置了四档调速。
CLK
是外部输入频率,
P2
和
P1
是分频
模式选择,
P2
、
P1
:
00
:外部输入脉冲频率
(
不分频
;
P2
、
P1
:
01
:对外部输入频率
4
分
频;
P2
、
P1
:
10
:对外部输入频率
8
分频;
P2
、
P1
:
11
:对外部输入频率
16
分频;处理过
的脉冲信号由
CK
端送入脉冲分配器。
[2]
2.2
方向锁存器
步进电机的状态分为启动和停止,启动后又分为正转、反转。据此电机转动控制上设置
了三个信号输入端,
Z
为正转启动脉冲信号,
F
为反转脉冲信号,
T
为停止的脉冲信号。通过
方向锁存器将输入的脉冲信号转为电平信号,并且保证信号的唯一性。
根据三相线圈轮流通电方式的不同,
三相反应式步进电动机有三相单三拍、
三相双三拍、
三相六拍等三种通电方式,
实际应用中三相单三拍运行方式很少采用,
因为这种运行方式每
次只有一相绕组通电,
容易使转子在平衡位置附近产生摆动,
因而稳定性不好。
所以此控制
器设置了后两种拍通电方式,
M
为供电方式的选择,
M=1
为三相六拍,
M=0
为三相双三拍。
2.3
脉冲分配器
三相六拍运行的供电方式是:
A
—
AB
—
B
—
BC
—
C
—
CA
—
A
……一个循环周期换接六
次,有六种通电状态,故称三相六拍运行方式。如果每次都是两相控制绕组同时通电,
即按
AB
—
BC
—
CA
—
AB
……的顺序通电为三相双三拍.根据
M
的状态,控制脉冲的输出情况。
脉冲分配器设计的主要思路是,设置一个
6
进制的计数器。三相六拍正转为
1-6
循环,反转
为
6-1
循环;三相双三拍正转为
2-4-6
循环,反转为
6-4-2
循环。示意见图
3
。
[3-5]
图
3
脉冲分配器设计思路
Fig.3
Realizationschemeofpulsedistributor
根据需要先用
VHDL
语言调试和仿真出频率发生器、方向锁存器、
脉冲分配器三个部,
按照图
4
完成顶层文件。完成整个步进电机控制器的设计。
2
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/cad758c7ba68a98271fe910ef12d2af90242a8a8.html
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