EDA步进电机的控制应用报告.docVIP

湖南涉外经济学院 课程设计报告 课程名称：EDA技术及实例开发教材 报告题目：步进电机控制海缘科学工程学院 学生学号：11430523150831 指导教师：高金定 2014年6月16日 目 录 一、设计任务 1 二、步进电机简介 1 三、硬件设计 2 四、软件设计 5 五、实验结果 5 六、开发工具 6 七、参考文献 6  一、设计任务 实验目的 学习使用FPGA实现步进电机的驱动和细分控制，了解步进电机细分控制的原理。 实验内容 使用PWM方法来控制步进电机细分旋转，实现1/4细分（4.5°/步）控制和不细分（18°/步）。并在实验箱上设计一个步进电动机的控制器，用KEY1控制步进电机正/反转（由LED1指示状态）；KEY2控制电机正常运行/细分运行（由LED2指示状态）；用KEY3控制步进电机的启停。利用Quartus II完成设计、仿真等工作，最后在Smart SOPC 实验箱上进行硬件测试。 二、步进电机简介 步进电机的概念 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图a、b、c所示： a. 单四拍????????????????????? ?????? b. 双四拍?????????????????????????? ?? c八拍Ｎ  图1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。　　当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，当电机绕组通电为DA-CA-BC-AB时为反转。 USB接口电路采用PDIUSBD12芯片，PDIUSBD12是一款性价比很高的USB器件，符合USB2.0 Full Speed规范。 电路中，C51，C52必须分别为68PF和22PF，否则可能造成PDIUSBD12工作时钟不正常。串联在D+和D-上的磁珠型号为CBG201209U151B，且串联了一个18Ω的匹配电阻。 电路中的COM11（USB_COM）是对外的逻辑分析仪测试点及接口。这些信号没有连接到核心板的控制引脚上，使用时必须进行连线控制。 2.步进电机电路 在步进电机电路中，采用了达林顿管驱动芯片ULN2003A来驱动四相步进电机，只要正确输出I/O控制时序，即可控制步进电机转动。 图中，电阻R59，R62，R65以及R65为电机线圈上得限流/保护电阻。使用步进电机电路时，要将电源跳线JP4短接。电路中的COM5（STEP_COM）是对外的逻辑分析仪测试点以及接口。这些信号都以及连接到相应的引脚上，使用时不需要进行连线控制。 ULN2003A芯片介绍 ULN2003A在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。 ULN2003可以驱动7个继电器,具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流是500m