基于STM32和FPGA的多通道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、步進(jìn)電機(jī)是一種開環(huán)控制電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色，是其主要執(zhí)行元件。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)多采用單片機(jī)和DSP芯片作為其核心，通常以定時(shí)器的方式產(chǎn)生控制脈沖，因此占用了較為可觀的系統(tǒng)資源，脈沖頻率更是為微控制器所限制，控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜且昂貴，并在在設(shè)計(jì)完成后很難再做修改或者靈活應(yīng)用于其他場(chǎng)合，系統(tǒng)的可移植性比較差，并

2、且難以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，控制精度低。在實(shí)際的工作和生產(chǎn)過程通常需要多臺(tái)設(shè)備協(xié)調(diào)共同作用完成，因此就需要使用多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。對(duì)多臺(tái)電機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的方法有很多，一般而言，可以采用多個(gè)CPU共同控制多臺(tái)電機(jī)的方法，但是這種方法提升了系統(tǒng)硬件成本，增加了設(shè)計(jì)的難度，并且隨著CPU數(shù)量以及元器件的增多，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性難以保證。
　　本文提出了一種基于ARM和FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）的多通道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以STM3

3、2和FPGA為核心，能夠完成對(duì)8臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時(shí)精確控制的功能。提出的多通道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、STM32、FPGA和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器四部分組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)的定義、管理、監(jiān)控，并對(duì)各步進(jìn)電機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和保存等工作，并提供簡(jiǎn)便直觀的人機(jī)交互界面而不參與步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。STM32控制模塊與PC端上位機(jī)和FPGA狀態(tài)轉(zhuǎn)換及分頻模塊分別進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)三者之間數(shù)據(jù)和命令的傳遞處理。FPGA采用硬件編程語(yǔ)言Verilog

4、-HDL進(jìn)行編寫。實(shí)時(shí)控制模塊中的FPGA負(fù)責(zé)與STM32微控制器進(jìn)行通信并執(zhí)行上位機(jī)發(fā)送過來(lái)的相關(guān)命令，實(shí)現(xiàn)控制脈沖的輸出，從而控制步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)、加速、減速等狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的L297芯片負(fù)責(zé)將從FPGA輸入的控制脈沖信號(hào)按一定規(guī)律進(jìn)行分配，再通過L298芯片進(jìn)行功率放大，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)8臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的控制。光柵傳感器將電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA，并最終傳入STM32，與發(fā)送給電機(jī)的控制信號(hào)進(jìn)行比較，從而比較精準(zhǔn)的