在对步进式步进驱动原理的分析和研究的基础上，提出了一种基于FPGA命令的步进式步进驱动器。该设计中使用硬件描述语言（VHDL）来描述步进电机控制器的每个功能模块的行为。MAX plusII下编译并模拟完成步进电机控制器设计。进电机; FPGA;控制中图分类号：V233.7 3文献标识码：A文章编号：1009-3044（2009）25-7300-03在步进电机控制器的VHDL开发中韩传军（陕西大学）摘要：本文在分析步进电机驱动原理的基础上，提出了一种FPGA控制步进电机的分离控制电路。设计，硬件描述语言（VHDL）中通过MAX PlusII下的编译和仿真，我们可以完成步进电机控制器的设计。键词：步进电机控制器; FPGA;步进电机控制是一种将电脉冲转换为角位移的执行器，结构简单可靠，数字脉冲输入可直接转换为模拟输出轴运动。
为执行器，步进电机是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统。进电机控制器的一般设计使用FPGA器件来控制步进电机，FPGA中的内置EGA可用于构建存储每个电流所需的控制波形数据发动机的阶段。FPGA设计的数字比较器可以同步产生多个PWM电流波形，并灵活控制多相步进电机。过修改控制波形的数据并增加计数器的位数，可以提高计数器的精度，从而可以将步进电机的角度细分为任意角度，以获得精确控制步进电机的步进角。设计采用四相步进电机，采用FPGA器件，通过VHDL编程仿真，细分进展角度，速度及其正负控制。细分控制框图如图1所示。计原理步进电机工作原理步进电机是由单极直流电源供电的四相步进电机。
要步进电机的相绕组在正确的时间供电，步进电机就可以分阶段运行。2是表示四相反应型步进电动机的动作原理的示意图。始时，开关SB被激活，开关SA，SC和SD断开，相B的磁极在转子n°0和n°3的齿上对齐。行地，齿n°1和转子的No.4和相C和D的绕组的磁极未对准。图2所示，第五齿和相绕组磁极D，A产生不良齿。开关SC被激活并且SB，SA和SD被去激活时，转子由于相绕组C的磁力线和1号和4号齿之间的磁力线的作用而旋转。1号，4号和C相绕组的磁极对齐。
＃0和＃3以及相绕组A和B产生不良齿，而齿＃2和＃5以及相绕组A和D的磁极产生不良齿。过类比，A，B，C和D的四相绕组交替通电，转子沿A，B，C和D方向旋转。进电机控制器的设计原理细分的原理步进电机步进电机驱动由步进电机的每个步进电机绕组绕线轮驱动，以实现电机内部磁场合成方向的变化而不是一步一步一步一步电机正在运行。TA，TB，TC，TD为分别供给步进电机A，B，C和D的四相励磁绕组时产生的磁场矢量.TAB，TBC，TCD，TDA为电机AB，BC，CD和DA。
生的磁场矢量通过同时导通两者而产生。步进电机的四相轮A，B，C和D循环时，步进电机的内部磁场由TA-TB-TC-TD旋转，即即磁场。正常情况下，当步进电机的内部磁场变化一周（360°）时，电机转子转一步。此，步进电机的俯仰角θB可表示为：θB=θM/ Nr其中Nr步进电机齿数; θM是步进电机移动时两个相邻稳定磁场之间的角度。θM与发动机的相数（M）和发动机正在进行的喷射次数有关。电机以单次四次模式移动时，θM= 90°，当电机以八次冲程运行时，θM= 45°。ΘM和θB减半并且实现了俯仰角的两个细分，但在传统的步进电机控制电路中，流经每个相绕组的电流是一个开关量，电流在由每个相绕组产生的相应磁场也是切换量，并且θM和θB只能通过每相的激励组合来减小。是，以这种方式可以进行的细分数量非常有限。如，考虑一个四相无功步进电机，最多可以实现两个子部分：对于具有大量相位的步进电机，子部分的数量可以略高一些但也有限。此，为了增加可以达到的细分数量，必须能够控制步进电机每相励磁绕组中的电流，以便能够逐渐上升或下降，也就是说在零到最大相电流之间保持稳定。
中间电流状态下，相应的磁场矢量幅度也具有多个中间状态，使得两个相邻相位或相位的组合磁场的方向也将是多个中间状态。四相步进电机被细分时，相电流上升或下降1/4节距，并且在两相TA和TB之间插入七个稳定的中间状态。转角度由节距旋转最初将是八。成该步骤以获得增量角的八个细分。
进分离系统包括PWM计数器，ROM地址计数器，PWM波形ROM，比较器，功率放大器电路等。PWM计数器增加脉冲持续时间以产生增加的周期性锯齿波并同时加载到数字比较器的一端;来自PWM波形的输出数据ROM [3..0]，B [3..0]，C [3..0]，D [3..0]分别加载到在每个数字比较器的另一端。果PWM计数器的值小于波形ROM的输出值，则比较低输出电平。PWM计数器的计数值大于波形ROM的输出值时，比较输出电平，从而产生周期性PWM波形。据步进电机八步电流波形的要求，对应于每一瞬间划分的电流波形的值存储在波形ROM中，波形ROM由地址计数器产生。过控制地址计数器，可以改变步进电机的旋转方向，旋转速度和工作/停滞状态。FPGA产生的PWM信号控制每个功率控制电路的激活和停用。PWM信号随ROM数据而变化，改变输出信号的占空比，达到电流限制和细分控制，最终导致电机绕组逐渐变化。到行走的目标。出细分电流信号采用FPGA中的只读查找表方法：它将不同的PWM数据写入不同的地址单元，并使用地址选择逐步细分为不同的激活方式。进电机模拟波形和u_d分析是步进电机步进命令，clr是步进电机控制/停止命令，clk2是速度命令步进电机旋转，Y0，Y1，Y2，Y3分别对应电机的三相电流A，B，C，D，其末端对应所选择的细分控制。值CLR等于1时，步进电机控制器停止工作，其同步模拟波形如图3所示。拟波形显示当clr = 1时，每个控制器控制器端口保持初始状态，这意味着控制器处于停止状态。CLR端口为0时，步进电机开始运行。
：当u_d = 1时，步进电机向前旋转，将clk周期设置为50ns，clk2周期设置为400ns。端确定步进电机是否执行细分操作的控制。果= 1表示执行细分操作，s = 0表示步进电机没有执行操作。分。拟的波形分别在图4和5中示出。B：当u_d = 0时，反向步进电机。s = 1时，这意味着步进电机执行细分操作。果s = 0，则表示步进电机不执行此操作。clk周期设置为50ns，将clk2周期设置为400ns。拟的波形分别在图6和7中示出。过图4和图5的分析，不难理解图6和图7的工作过程。6显示步进电机进行运动反向细分，即A-AD-D-DC的运动，因为u_d = 0，s = 1.图7显示了没有细分反转的ADCBA的运动。过0011B-1001B-1100B-0110B修改X [3..0]输出数据。C：更改clk2时，可以控制步进电机的转速，将clk设置为50ns，恒温阀芯u_d = 1，clr = 0，s = 0，让clk2值为400ns。真波形如图8所示。clk2为200ns时，仿真波形如图9所示。述两个图的比较表明，通过减少clk2的周期，步进电机控制器的操作速度明显加快，并且还可以修改clk2的周期以减慢控制器的操作速度。进电机。过对步进电机仿真的上述分析，该设计实现了步进电机的各种基本命令。
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