基于FPGA的步进电机的PWM控制__细分驱动的实现

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言步进电机作为现代自动化系统中的关键元件，广泛应用于精密定位、自动化装配和机器人技术等领域。

步进电机驱动器是控制步进电机运动的核心部件，而基于FPGA（现场可编程门阵列）控制的步进电机细分驱动器则因其高集成度、可编程性和高性能等特点，逐渐成为研究热点。

本文将详细介绍基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与实现过程。

二、系统设计概述本系统设计的主要目标是实现步进电机的细分驱动，以提高电机的运动精度和稳定性。

系统主要由FPGA控制器、步进电机、驱动电路和电源电路等部分组成。

其中，FPGA控制器负责接收上位机指令，对步进电机的运动进行精确控制；驱动电路则负责将FPGA控制器的输出信号转换为电机所需的驱动信号。

三、硬件设计1. FPGA控制器设计FPGA控制器是本系统的核心部件，其设计主要包括接口电路、控制逻辑和存储器等部分。

接口电路负责与上位机进行通信，接收控制指令；控制逻辑则根据指令对步进电机的运动进行精确控制；存储器用于存储程序和数据。

2. 驱动电路设计驱动电路是连接FPGA控制器和步进电机的桥梁，其设计需要考虑电机的驱动要求、电源电压和电流等因素。

本系统采用H 桥驱动电路，通过控制H桥的通断来实现电机的正反转和停转。

3. 电源电路设计电源电路负责为整个系统提供稳定的电源电压。

本系统采用开关电源和线性电源相结合的方式，以保证电源的稳定性和可靠性。

四、软件设计1. FPGA程序设计FPGA程序是控制步进电机运动的关键，其设计主要包括电机控制算法、通信协议和驱动程序等部分。

本系统采用Verilog HDL语言编写FPGA程序，通过编程实现对步进电机的精确控制。

2. 上位机软件设计上位机软件负责发送控制指令给FPGA控制器，其设计主要包括通信接口、控制界面和指令生成等部分。

本系统采用C语言编写上位机软件，通过串口或网络与FPGA控制器进行通信，实现对步进电机的远程控制。

收稿日期:2008-10 作者简介:安立宇(1979—),男,硕士研究生,研究方向为嵌入式系统设计。

基于FPG A 的两相步进电机细分驱动器设计安立宇1,赵曙光2,杜　丘1(1.东华大学信息科学与技术学院,上海201620;2.东华大学数学化纺织服装技术教育部工程研究中心,上海201620) 摘要:采用步进电机驱动的机构中,为了提高定位精度,文章提出了一种高性能的步进电机细分控制系统设计,该系统由FPG A 和专用集成电路I X MS 150PSI 构成,在FPG A 中嵌入Cos/Sin 表,通过查表控制步进电机两项绕组电流,实现了高精度的步进电机细分控制系统,提高了步进电机的运行精度,消除了低速震荡现象,该系统可用于机器人,打印机和光学平台等精密位置控制系统。

关键词:步进电机;细分;FPG A中图分类号:T M930 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2009)01-0030-03D esi gn of Two 2pha se M i crostepp i n g D r i ver Ba sed on FPGAAN L i 2yu 1,ZHAO Shu 2guang 2,DU Q iu1(1.College of I nf or mati on Science and Technol ogy,Donghua University,Shanghai 201620,China;2.D igital Textile and Gar ment Technol ogy Engineering Research Center f or the M inistry of Educati on,Shanghai 201620,China )Abstract:A high perf or mance syste m f or stepper mot or contr ol in a m icr ostepp ing mode is p resented,which was designed and perf or med with FPG A and high 2perfor med dedicated integrated circuits I X MS 150PSI .By app lying cos/sin l ook 2up table in FPG A,the m icr ostepp ing contr ol syste m can be achieved,which i m p r oves the positi oning accuracy and eli m inates l ow s peed ri pp le and res onance effects in a stepper mot or electrical drive .The sa me m icr ostepp ing syste m is ideal f or r obotics,p rinters,X -Y tables and can facilitate the constructi on of very s ophisticated positi oning contr ol syste m.Key words:stepper mot or;m icr ostep;FPG A1　细分驱动原理细分驱动可以保留步进电机开环控制的优点,减小步进电机步距角,消除步进电机低频振荡。

目录1 引言 (1)2 步进电机简介 (2)2.1 步进电机工作原理 (2)2.2 步进电机的励磁方式 (2)2.2.1 一相励磁 (2)2.2.2 二相励磁 (3)2.2.3 一-二相励磁 (3)2.3 细分驱动原理 (4)3 设计方案 (5)3.1 各个模块简要介绍 (6)3.2 各个部分仿真图介绍 (8)4 结论 (11)谢辞 (12)参考文献 (13)附录 (14)1 引言步进电机是将电脉冲信号转变成角度位移或者线性位移的开环控制元件。

在非超载的情况下电机的转速、停止位置只是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，加上步进电机只是周期性的误差而无累计误差的特点，使得步进电机在速度、位置等控制领域操作非常简单。

基于步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高、可开环应用等优点,它被广泛应用在工业自动控制、仪器仪表等领域。

然而步进电机在低频运行时存在振荡现象并且产生很大的电磁噪声, 另外步进电机的固有步进角多在0. 45~1. 8 之间, 在精密、稳定控制场合, 用普通的方法驱动步进电机不能获得理想的步进控制精度和运行平稳度。

因此需要通过步进电机细分技术来改善。

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，细分驱动技术能够大大提高步进电机的步距分辨率, 减小转矩的波动, 避免低频振荡, 降低运行时的噪声，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。

比如对于步进角为 1.8°的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。

不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。

现场可编程门阵列( Field Programmable Gate Array, FPGA)集成度高、通用性好、设计灵活且性能稳定, 能够极大地缩小电路板的面积, 提高电路的稳定性。

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言步进电机是一种常见的电机类型，其具有精度高、运行平稳、易于控制等优点，广泛应用于各种自动化设备和精密机械系统中。

然而，传统的步进电机驱动器在细分控制方面存在一定局限性，无法满足高精度和高性能的应用需求。

因此，本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）控制的步进电机细分驱动器设计方法，以提高步进电机的运行性能和控制精度。

二、背景及意义随着工业自动化和精密机械系统的发展，步进电机作为一种常用的驱动装置，在各种设备中得到了广泛应用。

然而，传统的步进电机驱动器在细分控制方面存在一定局限性，如控制精度低、运行效率低等问题。

为了解决这些问题，人们开始研究基于FPGA的步进电机细分驱动器设计方法。

FPGA具有可编程、高速度、低功耗等优点，可以实现对步进电机的精确控制和高性能驱动。

因此，基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与实现具有重要的理论和应用价值。

三、设计与实现1. 系统架构设计基于FPGA控制的步进电机细分驱动器系统主要由FPGA芯片、电源模块、步进电机和传感器等组成。

其中，FPGA芯片作为核心控制单元，负责接收上位机的控制指令，对步进电机进行精确控制。

电源模块为系统提供稳定的电源支持。

步进电机为系统的执行机构，根据FPGA的控制指令进行运动。

传感器用于检测步进电机的运行状态和位置信息，并将这些信息反馈给FPGA 芯片。

2. 硬件设计硬件设计主要包括FPGA芯片的选择和电路设计。

在选择FPGA芯片时，需要考虑其性能、功耗、价格等因素。

电路设计包括电源电路、控制电路、信号传输电路等。

其中，控制电路是核心部分，需要设计合理的逻辑控制电路来实现对步进电机的精确控制。

此外，还需要考虑信号传输的稳定性和抗干扰能力等因素。

3. 软件设计软件设计主要包括FPGA程序的编写和调试。

首先，需要根据步进电机的特性和控制要求，编写合适的算法和控制程序。

基于FPGA的步进电机正弦波细分驱动器设计1引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移（或线位移）的机电元件，具有结构简单坚固耐用工作可靠的优点因此广泛应用于工业控制领域。

由于脉冲的不连续性又使步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高及驱动系统可靠性差等，严重制约了其应1引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移（或线位移）的机电元件，具有结构简单坚固耐用工作可靠的优点因此广泛应用于工业控制领域。

由于脉冲的不连续性又使步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高及驱动系统可靠性差等，严重制约了其应用范围。

步进电机的细分控制有效地解决了这一问题，但是传统的步进电机驱动系统大多数采用的是用单片机作为控制芯片，外加分立的数字逻辑电路和模拟电路构成。

受单片机工作频率的限制，细分数不是很高，因此驱动器的控制精度较低，控制性能不是很理想。

随着高性能数字信号处理器DSP的出现，以DSP为控制核心，以软件方式实现电机控制一度成为研究的热点。

近年来随着可编程逻辑器件的飞速发展，使得可编程逻辑器件功能越来越强大从而促使高集成化高精度驱动器的出现。

因此本文提出了一种基于SOPC片上可编程的全数字化步进电机控制系统，本系统是以FPGA为核心控制器件，将驱动逻辑功能模块和控制器成功地集成在FPGA上实现，充分发挥了硬件逻辑电路对数字信号高速的并行处理能力，可以使步进电机绕组电流细分达到4096，且细分数可以自动调节，极大地提高了控制精度和驱动器的集成度，减小了驱动器体积。

2步进电机细分驱动原理步进电机的细分控制本质上是对步进电机励磁绕组中的电流进行控制，在普通驱动方式下，驱动电路只是通过对电动机绕组激磁电流的“开”和“关”，使步进电动机转子以其本身的步距角分步旋转。

步进电动机靠定子、转子磁极间的电磁力来进行工作，当它处于“双拍”状态工作时，其定位位置是正好位于两通电磁极的中间，即依靠两通电磁极电磁吸引力的平衡而获得的。

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言随着科技的飞速发展，步进电机已经成为现代工业自动化领域中不可或缺的驱动装置。

步进电机细分驱动器作为步进电机控制的核心部分，其性能的优劣直接影响到步进电机的运行精度和效率。

传统的步进电机驱动器通常采用微控制器或DSP进行控制，但这些方案在处理高速、高精度的运动控制时存在一定局限性。

因此，本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）控制的步进电机细分驱动器设计方案，并对其设计与实现进行详细阐述。

二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由FPGA控制器、步进电机驱动模块、电源模块、信号采集与反馈模块等组成。

其中，FPGA控制器是整个系统的核心，负责接收上位机发送的控制指令，并通过算法计算出适当的细分控制信号，驱动步进电机进行精确运动。

步进电机驱动模块采用高电压、大电流的H桥电路，以实现对步进电机的有效驱动。

2. 软件设计软件设计主要包括FPGA程序设计、信号采集与处理算法设计等。

FPGA程序设计采用硬件描述语言（HDL）进行编写，实现步进电机的精确控制。

信号采集与处理算法则用于实时监测步进电机的运行状态，并将数据反馈给FPGA控制器，以便进行实时调整。

三、FPGA控制算法设计1. 细分控制算法步进电机的细分控制是提高其运行精度的重要手段。

本系统采用基于FPGA的细分控制算法，通过精确控制步进电机的相序和通电时间，实现步进电机的细分数可调。

同时，通过优化算法，降低电机的振动和噪音，提高电机的运行平稳性。

2. 运动控制算法运动控制算法是实现步进电机精确运动的关键。

本系统采用基于PID（比例-积分-微分）算法的运动控制策略，通过实时调整PID参数，实现对步进电机的精确位置和速度控制。

同时，通过引入前馈控制策略，进一步提高系统的响应速度和抗干扰能力。

四、系统实现与测试1. 硬件实现根据系统设计，完成FPGA控制器、步进电机驱动模块、电源模块、信号采集与反馈模块等硬件电路的搭建与调试。

２００９芷第１２期仪表技术与传感器ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒ２００９Ｎｏ．１２基于ＦＰＧＡ的步进电机细分驱动器赵海洋１，崔翠红２，陈斌２，张文超２（１．山西机电职业技术学院，山西长治０４６０１１；２．辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁抚顺１１３００１）摘要：在对步进电机细分驱动原理进行研究的基础上，提出了一种采用ＦＰＧＡ实现步进电机恒转矩细分驱动的方法。

利用ＦＰＧＡ芯片中的嵌入式阵列块（ＥＡＢ）构成ＬＰＭ．ＲＯＭ来存储步进电机各相细分电流的数据，并把斩波控制电路集成到ＦＰＧＡ内部，极大地提高了系统的集成度和稳定性。

微控制器只需提供细分数等参数，就能精确控制步进电机的运行，特别适用于某些实时控制场合。

关键词：步进电机；细分驱动；斩波；ＦＰＧＡ中图分类号：ＴＰ２１１文献标识码：Ｂ文章编号：１００２—１８４１（２００９）１２—００６７—０３ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｉｃｒｏ－ｓｔｅｐｐｉｎｇＭｏｔｏｒＤｒｉｖｅｒｂｙＦＰＧＡＺＨＡＯＨａｉ．ｙａｎ９１，ＣＵＩＣｕｉ．ｈｏｎ９２，ＣＨＥＮ—Ｂｉｎ２，ＺＨＡＮＧＷｅｎ—ｃｈａ０２（１．ＳｈａｍｆｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃｎｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｌｍｎｇｚｈｉ０４６０１１，Ｃｈｉｎａ；２．ＬｉａｏｎｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｓｈｕｎ１１３００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｏｎｓｔａｎｔｔｏｒｑｕｅｓｕｂｄｉｖｉｄｅｄｄｒｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒｅｏｎ”ｏＨｅｄｂｙＦＰＧＡＷａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａ‘ｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒｄｉｖｉｄｅｄｄｒｉｖｉｎｇ．ＳｕｂｄｉｖｉｄｅｄｄｒｉｖｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｏｆｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒｃａｎｂｅｓｔｏｒｅｄｉｎＬＰＭ—ＲＯＭｗｈｉｃｈＷａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｂｙＥＡＢｉｎＦＰＧＡ，ａｎｄｔｈｅｃｈｏｐｐｅｒｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔＷａｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅＦＰＧＡｉｔｓｅｌｆ，ｉｔｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ．ＢｙｕｓｉｎｇＣＰＵｔＯｏｆｆｅｒｓｕｃｈａｓｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎｎｕｍｂｅｒｓ，ｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒＣａｎｒｕｎｅｘａｃｔｌｙ，ｉｔｗｉｌｌｂｅｅ８。

基于FPGA的步进电机细分控制电路设计基于FPGA的步进电机细分控制电路设计引言：步进电机作为一种常用的执行机构，广泛应用于各种自动控制系统中。

然而，由于步进电机的转子结构特殊，一般只能按初始化的角度进行转动。

为了满足精确定位和高速运动的需求，人们提出了细分控制的方法。

本文将介绍一个基于FPGA的步进电机细分控制电路设计，通过FPGA的高度可编程性和并行计算能力，实现步进电机的高精度控制。

一、步进电机工作原理及细分控制的意义步进电机是一种将电信号转化为旋转运动的执行机构。

它由定子和转子构成，每个转子包含多个绕组。

通过对绕组施加脉冲信号，可以使步进电机按预定的角度进行转动，实现位置和速度的控制。

然而，传统的步进电机只能按照一个固定的步距进行转动，无法满足某些应用对高精度定位和高速运动的要求。

因此，实现步进电机的细分控制变得非常重要。

细分控制的基本思想是在一个或多个步距之间再次进行分割，使电机能够达到更高的精度。

通过增加驱动电位的变化次数，可以将电机的步距细分为更小的角度，从而提高电机运动的分辨率和精度。

一个良好的细分控制电路可以使步进电机以更高的分辨率完成旋转，且精度可以满足更高的要求。

二、基于FPGA的步进电机细分控制电路设计FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种集成电路，具有可编程的逻辑单元和存储单元。

通过在内部编程，可以实现各种复杂的数字逻辑功能。

利用FPGA的高度可编程性和并行计算能力，可以设计出一个高效的步进电机细分控制电路。

1. 电机驱动电路设计：步进电机驱动电路是实现步进电机细分控制的关键。

常见的步进电机驱动器有常流方式和常压方式。

本文采用常流方式，因为它对电机的细分控制更加精确，且可以降低温升和功率损耗。

驱动电路中采用了双H桥作为电流放大器，使得电机可以双向运动。

同时，还使用了恒流源电路，提供恒定电流以保证电机的正常工作。

2. FPGA控制核心设计：FPGA通过其可编程逻辑单元实现控制算法和时序控制。

河南工程学院实习报告专业电子科学与技术班级姓名年月日实习（训）报告评语等级：评阅人：职称：年月日河南工程学院实习（训）报告实习目的（内容）：步进电机细分控制实习时间：自月日至月日共天。

实习地点：实习单位：指导老师：系主任：一. 实验目的学习使用FPGA实现步进电机和细分控制，了解步进电机细分控制的原理。

二. 实验内容MagicSOPC实验箱上有1个四相步进电机。

本实验的内容是使用PMW方法来控制步进电机细分旋转，实验1/4细分（4.5度/步）控制和不细分控制（18度/步）。

用KEYI控制步进电机正/反（由LED1指示状态）；KEY2控制电机正常运转/细分运行（LED2指示状态）。

利用Quartus2完成设计、仿真等工作，最后在MagicsSOPC实验箱上运行硬件测试。

三. 实验原理步进电动机是纯粹的数字控制电动机,它将电脉冲信号转变为角位移,即给一个脉冲,步进电机就转一个角度,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。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

步进电动机有如下特点：1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。

因此,当它转一圈后,没有累计误差,具有良好的跟随性。

2步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既简单、廉价,又非常可靠,同时,它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。

3）步进电动机的动态响应快,易于启停、正反转及变速。

4）速度可在相当宽的范围内平稳调整,低速下仍能获得较大转距,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。

5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,不能直接使用交流电源和直流电源。

6）步进电机存在振荡和失步现象,必须对控制系统和机械负载采取相应措施。

步进电机具有和机械结构简单的优点,图1是四相六线制步进电机原理图,这类步进电机既可作为四相电机使用,也可以做为两相电机使用,使用灵活,因此应用广泛。

1 绪论1.1课题研究背景及意义历史证明，一个国家的制造业水平在很大程度上可以体现国家的实力，国家的发展也在很大程度上依赖于先进的制造业，所以大多数国家都非常重视大力展制造业，二战后，计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术有了迅速的发展，并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用，先后出现了数控(NC)、计算机数控(CNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等多项先进制造技术与制造模式，推着世界制造业进入一个崭新的阶段川。

而在这些技术环节中，具有很多优点的步进电机就是一个重要角色，比如在数控技术中。

步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pu1Semotor或stepperServO，其应用发展己有约80年的历史。

可以说步进动机天生就是一种离散运动的装置，是纯粹的数字控制电动机，步进电机驱动器通过外加控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动。

就是说给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或者前进一步，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系。

这些关系在负载能力范围内不随电源电压、负载大小、环境条件等的变化而变化。

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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。

步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点。

正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

比如在数控系统中就得到广泛的应用。

目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国己经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言步进电机因其精确的步进运动和易于控制的特点，在工业自动化、机器人技术、精密仪器等领域得到了广泛应用。

然而，传统的步进电机驱动器在细分控制上存在一定局限性，如控制精度不高、响应速度慢等。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）控制的步进电机细分驱动器设计方案，并对其进行了实际实现。

二、步进电机及驱动器概述步进电机是一种将电脉冲信号转换成线性或旋转运动的设备。

其工作原理是通过改变电机的电流方向和大小来控制电机的转动。

步进电机驱动器则是用来控制步进电机的设备，它可以将控制信号转换为电机所需的电流和电压。

传统的步进电机驱动器通常采用微控制器或数字信号处理器（DSP）进行控制，但这些控制器在处理复杂算法和控制策略时存在一定局限性。

三、基于FPGA的步进电机细分驱动器设计（一）设计思路基于FPGA的步进电机细分驱动器设计思路主要包括以下几个步骤：首先，根据步进电机的特性和应用需求，确定驱动器的性能指标；其次，设计FPGA的硬件电路和软件算法，实现步进电机的细分驱动控制；最后，对设计进行仿真和实际测试，验证其性能和可靠性。

（二）硬件设计硬件设计主要包括FPGA芯片的选择、电源电路、信号处理电路等。

在选择FPGA芯片时，需要考虑其性能、功耗、价格等因素。

电源电路需要提供稳定的电源电压，以保证FPGA和步进电机的正常工作。

信号处理电路则需要将控制信号转换为适合步进电机驱动的电流和电压。

（三）软件算法设计软件算法设计是实现步进电机细分驱动控制的核心部分。

主要包括步进电机的控制策略、细分算法、抗干扰措施等。

控制策略需要保证电机的平稳运行和精确控制；细分算法则需要将电机的转动细分为多个步进，提高电机的控制精度；抗干扰措施则需要保证系统在复杂的环境下能够稳定工作。

四、实际实现与测试（一）实现过程根据设计思路和硬件、软件设计方案，进行实际制作和调试。

毕业设计 [论文]题目：基于FPGA步进电机细分驱动控制系别：xxx专业：xxx姓名：xx学号：xxxx指导教师：xxx目录摘要.................................................... 错误!未定义书签。

ABSTRACT................................................ 错误!未定义书签。

第1章绪论............................................ 错误!未定义书签。

1.1引言 .............................................. 错误!未定义书签。

1.2步进电机的特点及应用............................... 错误!未定义书签。

1.3课题研究的目的和意义............................... 错误!未定义书签。

第二章步进电机的结构和细分驱动原理..................... 错误!未定义书签。

2.1步进电机的结构..................................... 错误!未定义书签。

2.2步进电机的分类..................................... 错误!未定义书签。

..................................................... 错误!未定义书签。

..................................................... 错误!未定义书签。

..................................................... 错误!未定义书签。

2.3步进电机驱动技术概述............................... 错误!未定义书签。

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言随着科技的不断发展，步进电机已经成为自动化领域中的核心执行器。

其运行性能与效率在很大程度上依赖于驱动器的设计与控制。

为此，本文旨在设计并实现一种基于FPGA（现场可编程门阵列）控制的步进电机细分驱动器，以提高步进电机的运行效率和精确度。

二、步进电机及其驱动器概述步进电机是一种将电脉冲信号转换为线性或旋转运动的装置。

它广泛应用于自动化、机械控制等领域。

然而，步进电机的性能在很大程度上受到驱动器的影响。

传统的步进电机驱动器往往存在精度不高、噪音大等问题。

因此，对步进电机驱动器的设计与优化显得尤为重要。

三、FPGA控制的优势FPGA作为一种可编程的逻辑器件，具有高速度、高集成度、低功耗等优点。

将其应用于步进电机驱动器的控制中，可以实现对电机的精确控制，提高电机的运行效率和稳定性。

此外，FPGA的并行处理能力可以满足步进电机驱动器对实时性的要求。

四、基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计1. 硬件设计硬件设计主要包括FPGA控制器、步进电机、电源电路、信号处理电路等部分。

其中，FPGA控制器负责接收和处理上位机发出的控制信号，并输出到步进电机驱动器，以实现对电机的精确控制。

电源电路为整个系统提供稳定的电源，信号处理电路用于对输入信号进行滤波、放大等处理。

2. 软件设计软件设计主要包括FPGA的编程和控制算法的设计。

FPGA 的编程包括对输入输出接口的配置、对步进电机驱动器的控制等。

控制算法的设计包括电机的细分控制算法、速度控制算法等。

通过编程和控制算法的设计，可以实现对步进电机的精确控制和高效运行。

五、驱动器的实现与测试在完成硬件和软件设计后，我们进行了驱动器的实现与测试。

首先，我们搭建了测试平台，将驱动器与步进电机连接起来，然后通过上位机发送控制信号，观察电机的运行情况。

测试结果表明，我们的驱动器能够实现对步进电机的精确控制，电机的运行效率和稳定性得到了显著提高。

山东大学威 海 分 校课 程 设 计 报 告设计题目： _基于FPGA 的步进电机的PWM 控制____________ ——细分驱动的实现_姓 名___秦正运___ _ _ _学 号 20059002029院 系_ _信息工程学院 _专 业_ 电子信息科学与技术年 级___05__________ __2009年 5 月 3日目录目录 (2)摘要 (3)关键词 (3)Abstract (3)Keywords (3)一、引言 (4)二、步进电机细分驱动的基本原理 (4)三、Quartus II概述 (5)四、课题设计 (6)（一）总体设计 (6)（二）细分电流的实现 (6)（三）细分驱动性能的改善 (6)（四）程序设计 (7)六、仿真与测试结果分析 (10)七、结论 (12)参考文献 (13)注释 (14)附录 (15)谢辞 (21)摘要在对步进电机细分驱动原理进行分析研究的基础上，提出一种基于FPGA 控制的步进电机细分驱动器。

利用FPGA中的嵌入式EAB构成LPM-ROM，存放步进电机各相细分电流所需的PWM控制波形数据表，并通过FPGA设计的数字比较器，同时产生多路PWM电流波形，实现对步进电机转角进行均匀细分控制。

实验证明，所研制的步进电机驱动器不仅体积小，简化了系统的设计，减少了延迟，改善了低频特性，有良好的适应性和自保护能力，提高了驱动器的稳定性和可靠性。

关键词步进电机；细分驱动；脉宽调制；FPGAAbstractIn this paper, a divided driving circuit for stepping motor controlled by FPGA is put forward, based on the analysis of the principle of stepping motor divided driving. Using embedded EAB in FPGA to compose LPM-ROM, store PWM control wave form data which stepping motor each phase subdivided driving current is needed．The magnitude comparator designed with FPGA generates several PWM current waveform synchronously, to realize the step angles even division control for three–phase stepping motor.Experimments have proved that the developed subdivision driver is not only smaller,sampler in system, can shorten the delay time,improve the stability in low frequency ,but has good self-adaptation and self-protection ability,and its stability and relibility are higher.Keywordsstepping motor; divided driving；PWM; FPGA一、引言步进电机是把脉冲信号转换成角位移或直线位移的执行元件，是一种输出与输入数字脉冲相对应的增量驱动元件。

《基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的设计与现实》篇一一、引言步进电机因其精确的步进运动和良好的控制性能，在工业自动化、精密设备制造等领域有着广泛的应用。

为了进一步提升步进电机的运动性能，基于FPGA（现场可编程门阵列）控制的步进电机细分驱动器成为研究热点。

本文旨在设计并实现一个基于FPGA控制的步进电机细分驱动器，提高其运动控制精度和稳定性。

二、设计思路（一）硬件设计硬件设计主要包含FPGA控制器、步进电机驱动模块以及电源模块等部分。

其中，FPGA控制器是整个系统的核心，负责接收上位机的控制指令，并对步进电机的运动状态进行实时监控和调整。

步进电机驱动模块负责将FPGA控制器的输出信号转换为步进电机的驱动信号，以实现对步进电机的精确控制。

电源模块为整个系统提供稳定的电源供应。

（二）软件设计软件设计主要包括FPGA的编程和控制算法的设计。

FPGA 的编程采用硬件描述语言（HDL）进行，实现上位机与FPGA控制器之间的通信，以及FPGA控制器对步进电机驱动模块的控制。

控制算法的设计则根据步进电机的运动特性和应用需求进行，包括细分驱动算法、速度控制算法等。

三、细分驱动器的设计（一）细分驱动原理步进电机细分驱动是指将步进电机的每个步进角度细分为多个子步进角度，以提高电机的运动精度和稳定性。

通过改变每个子步进角度的占空比和顺序，可以实现对步进电机的精确控制。

（二）设计实现基于FPGA的步进电机细分驱动器设计，需要编写相应的FPGA程序，实现细分驱动算法。

具体而言，需要设计一个能够根据上位机的指令，实时计算并输出每个子步进角度的占空比和顺序的FPGA程序。

同时，还需要考虑电机的相序、电流等因素对电机性能的影响，以实现电机的最优控制。

四、实验与结果分析（一）实验环境与设备为了验证基于FPGA控制的步进电机细分驱动器的性能，我们搭建了实验平台。

实验设备包括步进电机、驱动器、FPGA控制器、上位机等。

其中，步进电机采用高精度的永磁式步进电机，以保证实验结果的准确性。

基于FPGA的步进电机细分驱动技术研究
袁帅;甘靖
【期刊名称】《湖南理工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(023)001
【摘要】受制造工艺的影响,步进电机的步距角一般较大,而且还存在低频振动,导致其只能应用在一些要求较低的场合.本文设计了一种基于FPGA芯片来实现步进电机细分驱动的方法.利用FPGA中的嵌入式存储模块存放各相细分电流所需的PWM控制波形数据表,并通过数字比较器同步产生多路PWM信号,对步进电机的转角进行均匀细分控制.测试结果表明,该步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角,提高电机运行的平稳性,增加控制的灵活性,具有较好的实用价值.
【总页数】3页(P62-64)
【作者】袁帅;甘靖
【作者单位】湖南理工学院,信息与通信工程学院,湖南,岳阳,414006;湖南理工学院,计算机学院,湖南,岳阳,414006
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.6;TP391.75
【相关文献】
1.基于FPGA的两相步进电机细分驱动器设计 [J], 任勇;张文超
2.基于FPGA步进电机细分驱动器的设计 [J], 张睿
3.基于FPGA和单片机的步进电机细分驱动控制 [J], 肖金凤;伍云政;盛义发;张垒
4.基于FPGA的步进电机SPWM细分驱动系统的设计 [J], 张萍
5.基于FPGA实现两相步进电机的细分驱动器设计 [J], 申浩锋;高宁波
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基于单片机与FPGA的多重细分步进电动机驱动系统刘梦亭;罗鹏辉【期刊名称】《微特电机》【年(卷),期】2009(037)011【摘要】介绍了步进电动机细分控制,提出了基于单片机与FPGA控制的PWM细分驱动技术,利用单片机来设定电机的转速、转向.由FPGA产生阶梯脉冲形成阶梯形电压信号以控制步进电动机每相绕组在各时刻的电压,从而实现步进电动机转角的任意细分控制.利用VHDL语言编程实现了步进电动机256细分控制器的PWM 模块、速度控制模块、数字比较模块等功能.%The paper presents a PWM subdivided driving technigue realized by single chip and field programmable gate array(FPGA) ,following an introduction of stepping motor subdivided control method. Single chips were used to set up the speed and rotation direction,and FPCA was employed to generate step pulse and form a step voltage signal to control voltages at different time produced by each phase winding, thus achieving the free subdivided control of the rotary angle. The PWM module,the speed control module and the digital comparison module of the stepping motor 256 subdivision controllers were realized with VHDL langnage programming.【总页数】4页(P37-40)【作者】刘梦亭;罗鹏辉【作者单位】吉林大学珠海学院,广东珠海,519041;吉林大学珠海学院,广东珠海,519041【正文语种】中文【中图分类】TM383.6【相关文献】1.基于IXMS150的步进电动机细分驱动系统设计 [J], 黄勇;高仕红2.基于TC1005的步进电动机细分驱动系统设计与实现 [J], 陈静;李景忠;姜媛媛3.基于ARM的步进电动机细分驱动系统的设计与实现 [J], 吴国铖;郭庆;陈尚松4.基于FPGA的步进电机SPWM细分驱动系统的设计 [J], 张萍5.单片机控制的正弦波细分三相混合式步进电动机驱动系统 [J], 唐爱民;胡金高因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。