实验3、步进电机控制桂电2015EDA

实验三 步进电机细分控制电路设计

一、实验目的：

学习用FPGA控制步进电机，包括能对步进电机进行细分控制的模块设计；

二、实验原理

步进电机作为一种电脉冲/角位移的转换元件，具有价格低廉、易于控制、无积累误差和计算机接口方便等方面优点，在机械、仪表、工业控制等领域中获得了广泛的应用。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。

如图3-1， 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。

图3-1 FPGA控制步进电机

四相四拍运行的供电方式是：A—B—C—D—A……一个循环周期换接四次，有四种通电状态，故称四相四拍运行方式。如果按A—AB—B— BC—C—CD—D—DA—A……的顺序通电为四相双八拍。 四、实验内容

1、设计步进电机基本控制模块，时钟取10Hz，要求能控制转向和速度。速度分为16等级，分频器建议调用ALTPLL(嵌入式锁相环调用----P205)； ① 编写步进电机非细分控制程序，；

② 添加转向控制； ③ 添加速度控制。

2、进行编辑、编译、综合、适配、仿真，给出所有信号的仿真波形；

3、硬件测试：进行引脚锁定及硬件测试。输出同时用LEDA（已接好译码器）显示，步进电机控制信号接驱动并接二极管显示。验证步进电机的工作状态和性能。

4、查阅相关资料，根据演示示例及图3-2，设计4相步进电机细分控制模块，对各模块进行仿真测试。分别实现1/4、1/8、1/16步距细分控制。

5、为了实现细分转动的平稳性，对图3-2的设计做一些改善，如用4个ROM存储不同相位正弦波形数据；提高精度位数；将CNT8改成三角波等。讨论细分控制的实用方案。

步进电机非细分控制程序。 module STEP1 (CLK, D);

input CLK ; output[3:0] D; reg[3:0] D; reg[1:0] CQ; always @(CQ) begin case (CQ)

2'b00 : D <= 4'b1000 ; 2'b01 : D <= 4'b0100 ; 2'b10 : D <= 4'b0010 ; 2'b11 : D <= 4'b0001 ; endcase end

always @(posedge CLK)

begin CQ <= CQ + 1 ; end endmodule

图3-2 步进电机细分控制电路

图3-2中，其中输入S选择是否输出细分控制信号。模块STEP1产生非细分控制信号；CNT10B产生分频时钟；模块CNT8产生锯齿波比较信号（也可用三角波）；ROM3并行存放4路准正弦波数据（可以用4个ROM产生更精细的波形）；CMP3是比较器。 6、功率放大连接

IN1--D IN2--B IN3--C IN4--A E12—VCC E34—VCC GND—GND

四、实验报告

1、预习报告：写出该实验的基本设计思路及源程序；

2、实验报告：写出经调试通过的实验程序及实验步骤、软件编译及仿真 分析、硬件测试和实验过程、程序分析报告、仿真波形图及结果分析。