邱靖超刘新妹殷俊龄杨冰

一种基于FPGA的步进电机控制系统的设计＊

邱靖超1，刘新妹1，2，殷俊龄1，杨冰1

（1.中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051；2.中北大学电子测试技术国防科技重点实验室，山西 太原 030051）

基于FPGA技术设计了一种对步进电机的控制系统，通过对三种加、减速算法的分析与研究，采用HDL（Hardware Description Language）硬件描述语言编写了步进电机运动控制程序，并且通过Modelsim软件仿真验证了控制系统的可行性，最终实现了系统的软硬件设计。结果表明本步进电机控制系统能满足课题需求，并可扩展到实现多路步进电机的闭环控制等方面。

FPGA；步进电机；脉冲控制；梯形加减速算法

随着数字电子技术的迅猛发展，步进电机及其脉冲控制和高精度的特点已被广泛应用于运动控制系统，且要求也越来越高[1]。基于FPGA对步进电机简单的控制包括电机的启动、运行以及停止等动作，也可进行位置和速度的控制[2]。本设计就是基于FPGA的对电机的速度、位移、方向等做精确控制的系统设计。

步进电机最常用的速度控制方法是运用单片机产生控制信号[3]，实际工程应用中，由于各种电机驱动参数不同，就需要设计不同的驱动器，而传统的控制方法操作模式复杂，制作成本也较高[4]。步进电机控制采用单片机和DSP芯片作为其核心，常以定时器的方式产生控制脉冲[5]，因此占用可观的系统资源[6]，脉冲频率更是为微控制器所限制。本设计基于FPGA（现场可编程门阵列）实现参数可配置的步进电机驱动控制系统，采用FPGA作主控芯片，为课题中实现对两相混合式步进电机的控制，充分发挥FPGA在编程、I/O资源丰富、计算速度快（并行）等方面的优势[7]。……