硬件脉冲环形分配器的设计

仅供个人参考毕业设计说明书基于CPLD 的多功能脉冲分配器的设计专业 电子信息工程学生姓名 韩 清班级 B 电子032班学号 06指导教师 成 开 友完成日期2007年6月14日仅供个人参考基于CPLD的多功能脉冲分配器的设计摘要:现代经济快速发展，步进电机作为能够精确步进定位的器件，被广泛应用于不同的行业中。

但是步进电机自身不能控制运行，需要借助步进电机控制器来控制。

而脉冲分配器作为步进电机控制器中的核心设备，将直接控制步进电机的运转方式和运转速度。

设计的脉冲分配器能实现多种功能。

通过模式键切换，实现步进电机分三相六拍和双三拍两种模式工作；根据复位键的高低电平，决定步进电机是否运转；有方向控制选择键，实现对步进电机的正、反方向运转的控制；并且具有分频功能，可以将输入频率生成八种不同频率输出来控制步进电机的转速。

对脉冲分配器的设计以XILINX公司的XC9572 CPLD芯片为硬件主体和超高速集成电路硬件描述语言VHDL 为软件主体。

这种设计方法具有设计简单、代码通用、系统灵活性和可靠性强的优势。

文中详细介绍了脉冲分配器中XC9572 CPLD芯片、分频器和状态机的设计细节。

由于是基于可编程逻辑器件并结合VHDL语言设计的步进电机脉冲分配器，因此其突出的优点就是有良好的升级特性，能很好地提高产品的竞争优势。

关键词: 步进电机；脉冲分配器；VHDL；CPLD仅供个人参考The design of Multifunctional Pulse Distributorbased on CPLDAbstract : With the rapid development of modern economy, stepper motor, as a device which can precisely positioning, is widely used in various industries. However, stepper motor can not control operation itself, thus stepper motor controller is needed. Meanwhile, the pulse distributor, as the core equipment of stepper motor controller, will be in direct control of the stepper motor operation and the operation of speed.The pulse distributor is designed to carry out its various functions, among which are: by key mode switching, two modes of six hours of three-phase and three-bats can be shoot; according to the high or low level of the electricity of the reset button, whether stepper motor is in operation can be decided; the control of the all-direction operation of stepper motor can be carried out by the direction control keys; moreover, this pulse distributor has the function of frequency-distribution, it can control the speed of the stepper motor by transferring the input frequency into eight different output frequencies. The design of this pulse distributor employs XC9572 CPLD chip which produced by XILINX company as its main hardware and VHDL as its main software. This method is simple in design, with a common code, a flexible system and has advantages in its reliability. This paper describes in detail about the pulse split XC9572 CPLD, the dividers and the design details of the state machine.Because it is the stepper motor pulse distributor which is based on programmable logic device and VHDL design, it has the obvious advantages of a good upgrades and a good competitive advantage.Key words:Stepper Motor;Pulse Distributor;VHDL;CPLD仅供个人参考目录1概述 .................................................................................. 错误！未定义书签。

脉冲分配器实验报告脉冲分配器实验报告一、引言脉冲分配器是一种常见的电子元件，用于将输入的脉冲信号分配到多个输出通道上。

在实际电路设计和通信系统中，脉冲分配器具有重要的应用价值。

本实验旨在通过搭建脉冲分配器电路并进行实验验证，探究其工作原理和性能特点。

二、实验原理脉冲分配器的基本原理是通过逻辑门电路实现输入信号的分配功能。

常见的脉冲分配器电路有二进制分配器和十进制分配器两种类型。

本实验采用二进制分配器电路，其输入端有一个时钟信号输入，多个输出端根据二进制编码的方式进行分配。

三、实验过程1. 实验器材准备：准备好实验所需的逻辑门集成电路、示波器、信号发生器等实验器材。

2. 电路搭建：根据实验要求，按照电路图连接逻辑门集成电路和其他电子元件。

3. 信号发生器设置：将信号发生器连接到脉冲分配器的输入端，设置合适的频率和幅值。

4. 示波器连接：将示波器连接到脉冲分配器的输出端，用于观察和分析输出信号。

5. 实验记录：记录输入信号和各输出信号的波形，并进行分析和比较。

四、实验结果与分析通过实验观察和记录，我们可以得到以下实验结果和分析：1. 输入信号的频率和幅值对输出信号的波形和幅值有一定的影响。

当输入信号频率较高时，输出信号的波形可能出现失真现象；当输入信号幅值较大时，输出信号的幅值也会相应增大。

2. 输出信号的延迟时间取决于逻辑门的传输延迟和电路布局的复杂程度。

一般情况下，延迟时间较短，但在复杂的电路中可能会出现较长的延迟。

3. 输出信号的稳定性和噪声抑制能力是评价脉冲分配器性能的重要指标。

优秀的脉冲分配器应具有较低的噪声水平和较高的信号稳定性，以确保输出信号的准确性和可靠性。

五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了脉冲分配器的工作原理和性能特点。

脉冲分配器在现代电子技术中具有广泛的应用，特别是在数字电路设计和通信系统中。

掌握脉冲分配器的原理和使用方法对于电子工程师和通信工程师来说是非常重要的。

通过实验，我们不仅加深了对脉冲分配器的理论知识的理解，还锻炼了动手实践和数据分析的能力。

步进电机的环形分配器类型解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文将探讨步进电机中的一种重要组件，即环形分配器类型。

通过解释和说明环形分配器的概念、特点以及工作原理，我们可以深入了解其在步进电机系统中的重要作用。

1.2 文章结构文章将按照以下结构进行叙述：引言、正文、环形分配器类型解释说明、步进电机类型概述和结论。

通过这样的层次结构，读者能够逐步了解步进电机和环形分配器之间的关系，并对它们的特点有一个全面且清晰的认识。

1.3 目的本文旨在介绍并阐明环形分配器类型在步进电机系统中的作用。

通过对环形分配器的原理和特点进行详细讲解，读者可以更好地理解步进电机系统的运行原理，以及为什么环形分配器是必不可少的组成部分。

此外，本文还将探讨不同类型步进电机的特点，并展望未来环形分配器类型和步进电机发展方向。

以上就是“1. 引言”部分内容，请根据需要进行修改和完善。

2. 正文正文部分将详细介绍环形分配器类型以及它与步进电机之间的关系。

本节将涵盖环形分配器类型的工作原理、结构和特点，以及步进电机的基本原理和应用领域。

在此之前，让我们先了解一下什么是环形分配器类型。

环形分配器类型是指一种特殊的外围装置，用于控制步进电机的旋转方向和速度。

它可以根据输入信号来驱动电机按照预定模式旋转。

环形分配器类型通常由一个或多个传感器和相关控制电路组成。

接下来，我们将关注环形分配器类型的主要特点。

首先，它具有高精度和可靠性，能够实现精确的位置控制和旋转角度测量。

其次，环形分配器类型具有快速响应速度和较低的噪音水平，可以满足高性能应用对转动效果的要求。

此外，它还具有较高的承载能力和抗干扰能力，在恶劣环境条件下依然稳定运行。

然后，我们来看一看环形分配器类型的工作原理。

在操作过程中，传感器将检测到输入信号，并将其转换为电信号，然后通过控制电路将指令传递给步进电机。

根据不同的输入信号，环形分配器可以确定旋转方向和速度，并将步进电机驱动到相应位置或以特定步长旋转。

这一讲主要介绍硬件环行分配器和软件环形分配器，在这之前加一个步进电机控制系统框图结构，不要那个具体的软硬件的电气原理图，而把具体的电气原理图放在硬件环行分配器和软件环形分配器中。

以保证时间充足，且不重复。

8713硬件环行分配器主要生产厂家：PMM8713:三洋公司MB8713:富士通公司5G8713:国产主要功能及性能：三相步进电机：单三拍、双三拍、六拍四相步进电机：单四拍、双四拍、八拍单时钟输入、双时钟输入正反转控制初始化复位工作方式及输入脉冲状态监测4-18V直流电源输出电流：20mA引脚功能：8713是双列直插式16引脚芯片，主要引脚功能为：1：正转脉冲输入端2：反转脉冲输入端此2引脚供双时钟输入方式采用。

3：脉冲输入端， 0：低电平；1：高电平4：转向控制端， 0：反转； 1：正转此2引脚供单时钟输入方式采用。

5：工作方式选择输入引脚6：工作方式选择输入引脚此2引脚联合使用，即：00=双三（四）拍； 11= 三六（四八）拍01=10=单三（四）拍7：三相或四相选择输入引脚，0：三相；1：四相13~10：依次为A、B、C、D各相输出引脚。

硬件接口电路图示接线工作方式：因5、6、7三引脚直接接高电平，故其为：单时钟、四相电机、工作在四相八拍方式。

8255地址：总地址：4000H-4003HA口: 4000HB口: 4001HC口: 4002HK口: 4003H8255工作方式字：初始化MOV DPTR , 4003HMOV A , 80HMOVX @DPTR , A步进电机运行字：按照逐点比较法输出的步进电机控制字：X正向一步：03HX负向一步：01HY正向一步：0CHY负向一步：04HX正向一步标准语句：MOV DPTR , 4000HMOV A , 03HMOVX @DPTR , A。

• 160•以四相混合式步进电机为例，对比介绍了用软件和硬件方式实现步进电机环形脉冲分配，分析了两种不同实现方法的优缺点。

步进电机作为精密的执行元件，广泛应用于数字控制的各个领域，特别是在开环控制系统中，步进电机具有绝对优势。

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，而环行脉冲分配就是产生控制脉冲中心。

因此，环行脉冲分配的可靠性、精确度以及可变性控制对步进电机的控制显得尤为重要。

实现步进电机脉冲分配的方法主要有两种：一种是通过计算机软件采用查表和计算方法进行脉冲分配，简称软环分，另一种是硬环分，即采用硬件手段实现脉冲分配。

这两种方法在使用上都各有千秋，本文将以四相混合式步进电机为例，对这两种方法做些简单介绍。

图1 单片机与四相步进电机接线示意图1 软环分如图1所示，单片机与步进电机通过P0口相接，要实现系统的电机脉冲环分功能，则需要在内存ROM 中开辟一个区域存储环形分配器的输出状态表。

系统软件通过查表得到电机输出状态控制字，送至输出口。

例如，在程序存储器中，从2000H 开始存储电机的四相单四拍的状态表，从3000H 开始存储电机的四相双四拍的状态表，从4000H 开始存储电机的四相八拍的状态表，并且设定高电平导通，低电平截止，则不同地址的存储内容已经对应电机绕组导通状态如表1所示。

在系统软件中，设定一个字节R0作为状态计数器，并按正反转要求执行加1减1操作，在程序中，判断P1.0、P1.1、P1.2位状态，决定电机的运转方式，则对应正转程序为：调用延时子程序改变输出状态码的间隔时间就可改变X 向或Y向步进电动机的转速，程序如下：用软环分的方法充分利用计算机软件资源，降低硬件成本，尤其对多相电机的脉冲分配有更大的优点，但由于软环分占用计算机的运行时间，故会使插补周期增加，易影响步进电机的运行速度。

2 硬件环分硬件环形分配器是由数字逻辑电路设计而成，相对于软环分来说，硬环分提高了系统的灵活性和可靠性，使CPU 专职于控四相步进电机环形脉冲分配的两种实现南昌航空大学工程训练中心 曹清国南昌航空大学航空制造工程学院 肖 洁 候华腾表1 存储内容与电机绕组状态对应表地址内容状态地址内容状态地址内容状态四相单四拍2000H01H A 四相双四拍3000H 03H AB 四相八拍4000H 01H A 2001H 02H B 3001H 06H BC 4001H 03H AB 2002H04HC3002H0CHCD4002H 02H B 2003H08HD3003H09HDA4003H 06H BC 2004H01HA3004H03HAB4004H 04H C 2005H02H B 3005H 06H BC 4005H 0CH CD 2006H 04H C 3006H 0CH CD 4006H 08H D 2007H08HD3007H09HDA4007H09HDA制工作，而且专用芯片使用方便，接口简单，易于编程。

1 前言 (1)1.1序言 (1)1.2步进电机的应用领域 (1)1.3对步进电机的未来展望 (2)1.4设计的主要工作概述 (2)2 总体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2 方案论证 (4)2.3方案选择 (5)3.单元模块电路设计 (6)3.1基于晶振的时钟脉冲发生器设计 (7)3.2 JTAG下载电路的设计 (7)3.3控制端电路设计 (8)3.4电源电路设计 (8)4.脉冲发生器程序设计 (9)4.1 状态配置电路Verilog HDL设计 (10)4.2组合逻辑电路Verilog HDL设计 (12)4.3 顶层文件Verilog HDL设计 (13)5.系统调试 (14)5.1电源电路等硬件电路的调试 (14)5.2脉冲分配器的软件调试 (14)6 设计总结 (17)7 参考文献 (18)附录：四相四拍步进电机脉冲分配器原理图 (19)说明书1 前言1.1序言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组件。

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。

单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。

多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。

使用多相步进电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。

每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。

正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

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。

步进电机的驱动控制(环行分配器)步进电机的转动是靠不停地改变各相绕组的通电顺序实现的，若想让某相绕组通电，就要给某相绕组提供一组序列脉冲，因此步进电机有几相，就要为其提供几个脉冲序列。

步进电机需要的脉冲序列来自插补器，但对于某个单轴坐标，插补器只能按照一定线型，提供一个单序列脉冲。

因此，在插补器到步进电机之间必须有一个能将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲的装置，这就是环行分配器。

尽管有了环行分配器就可以将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲，但这些序列脉冲的信号都还不足以驱动电机运转，所以驱动控制系统中还应包括功率放大装置。

步进电机的最基本的控制系统就由环行分配器和功率放大器组成。

下面只介绍环行分配器，功率放大器涉及许多电气控制问题，留待机电一体化课程介绍。

环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成，下面分别介绍两方面的内容。

硬件环行分配器构成♦环行分配器的工作原理硬件环行分配器的基本构成是触发器。

因为步进电机有几相就需要几个序列脉冲，所以步进电机有几相，就要设置几个触发器。

每个触发器发出的脉冲就是一个序列脉冲，用来控制步进电机某相定子绕组的通、断电。

而触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的位移驱动信号Δx或Δy。

如图1所示△X复位图1构成环形分配器的触发器例如，现在要控制X方向的步进电机，而这个电机采用三相单三拍方式工作，即步进电机是按照A→B→C→A这种方式通电的。

这就需要A、B、C 三个触发器，每个触发器的输出端QA、QB、QC都被连接到步进电机的一相定子绕组。

当QA有输出ΔA，步进电机的A相就通电，同理，若QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电，或者QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。

你看，这时由触发器构成的环行分配器，其实就是一个三分频电路，而被分频的信号就是插补器的输出信号Δx。

于是插补器的一路信号，就被扩展成三路信号。

每来三个Δx信号脉冲，QA、QB、QC就会各有一个输出脉冲ΔA、ΔB、ΔC，步进电机的三个定子绕组各得到一次通电，转子走了三步。

步进电机的驱动控制(环行分配器)步进电机的转动是靠不停地改变各相绕组的通电顺序实现的，若想让某相绕组通电，就要给某相绕组提供一组序列脉冲，因此步进电机有几相，就要为其提供几个脉冲序列。

步进电机需要的脉冲序列来自插补器，但对于某个单轴坐标，插补器只能按照一定线型，提供一个单序列脉冲。

因此，在插补器到步进电机之间必须有一个能将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲的装置，这就是环行分配器。

尽管有了环行分配器就可以将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲，但这些序列脉冲的信号都还不足以驱动电机运转，所以驱动控制系统中还应包括功率放大装置。

步进电机的最基本的控制系统就由环行分配器和功率放大器组成。

下面只介绍环行分配器，功率放大器涉及许多电气控制问题，留待机电一体化课程介绍。

环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成，下面分别介绍两方面的内容。

硬件环行分配器构成♦环行分配器的工作原理硬件环行分配器的基本构成是触发器。

因为步进电机有几相就需要几个序列脉冲，所以步进电机有几相，就要设置几个触发器。

每个触发器发出的脉冲就是一个序列脉冲，用来控制步进电机某相定子绕组的通、断电。

而触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的位移驱动信号Δx或Δy。

如图1所示△X复位图1构成环形分配器的触发器例如，现在要控制X方向的步进电机，而这个电机采用三相单三拍方式工作，即步进电机是按照A→B→C→A这种方式通电的。

这就需要A、B、C 三个触发器，每个触发器的输出端QA、QB、QC都被连接到步进电机的一相定子绕组。

当QA有输出ΔA，步进电机的A相就通电，同理，若QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电，或者QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。

你看，这时由触发器构成的环行分配器，其实就是一个三分频电路，而被分频的信号就是插补器的输出信号Δx。

于是插补器的一路信号，就被扩展成三路信号。

每来三个Δx信号脉冲，QA、QB、QC就会各有一个输出脉冲ΔA、ΔB、ΔC，步进电机的三个定子绕组各得到一次通电，转子走了三步。

摘要制造业是国民经济的基础产业，是技术密集的高技术行业。

制造业信息化是发展制造业的必经之路，是增强制造业国际竞争能力的重要手段。

数控加工是制造业信息化的基础。

数控加工专业人才是制造业紧缺人才。

制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强，因此，各国都把制造业的发展放在首要位置。

21世纪的制造业发展的总趋势是柔性化、灵捷化、智能化和信息化，而数控机床则是实现柔性化、灵捷化、智能化和信息化加工制造的基本单元。

因此，数控加工技术是制造业中的一项关键的迅速发展的新技术之一，在机械制造行业中具有重要的地位和作用。

关键词:制造业；数控机床；数控技术改造1.绪论1.1 课题设计的意义及目的众所周知,制造业是国民经济的基础产业和支柱产业,是推动国家技术进步的主要力量,加入WTO后,我国的制造业正面临极大的考验和挑战.我国制造业水平与发达国家相比总体水平偏低,直接影响到我国工业产品的质量的提高和制造成本的降低,影响到我国工业产品的国际市场的竞争力,为改变这种落后的状况,必须提高制造业的装备水平,特别是机床的数控化率.购置数控机床是提高机床数控化率的途径,对旧机床的数控化改造也是一条重要的途径。

我国机电行业拥有的机床结构较为陈旧，操作系统复杂，控制系统落后，生产效率低下，如果靠购置新的数控机床取而代之，显然耗资巨大，不符合国情。

因此采用数控技术对现有的机床进行改造，符合国家的产业政策，从市场容量来讲，不管是汽车制造业、模具制造业、军工企业，机床的数控化改造都蕴藏的无限的商机，在国外机床的技术改造市场已经十分成熟，机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成用数控技术改造机床和生产线的新行业和领域。

1.2 数控机床的发展历程及展望20世纪40年代帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。