以CPLD為基礎(chǔ)的步進電機控制分析

王子函

摘要：本文設(shè)計了一個基于CPLD的步進電機器，步進電機共有8個速度級，控制系統(tǒng)原理較為明晰，能將各部分的內(nèi)容呈現(xiàn)出來。在CPLD步進電機的控制和處理器接口的處理下，對硬件結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)較為直接，完成了系統(tǒng)的有效組結(jié)。

關(guān)鍵詞：CPLD；步進電機；控制

CPLD為基礎(chǔ)的步進電機控制系統(tǒng)，特點鮮明，優(yōu)勢突出，比如在硬件方面的結(jié)構(gòu)相對簡單，而且靈活度非常高，并產(chǎn)生很強的可靠性，與處理器的接口處理更加便捷，最關(guān)鍵的是，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度較強，并且很可靠，對于步進電機的控制和驅(qū)動都能表現(xiàn)出良好的效能。

1 步進電機的控制驅(qū)動

步進電機，從嚴格的意義上講，是電脈沖信號轉(zhuǎn)換成的機電原件，其工作原理進而從結(jié)構(gòu)上劃分成四種類型，一種是反應(yīng)式，一種是混和式，一種是永磁式，一種是直線式。其中，前兩種最為常用，相數(shù)的種類也很多，包括本文后面所談到的一些。

處理器發(fā)送方向信號，在環(huán)狀脈沖分配器接收的同時也接收了四種脈沖信號，信號經(jīng)分配器傳出，或功率放大，進一步對步進電機的驅(qū)動產(chǎn)生作用。在我們常見的范圍內(nèi)，電壓和電流驅(qū)動比較普遍，斬波恒流驅(qū)動器比電壓驅(qū)動功率增大的情況還要效率高的多，對于步進電機運行過程中出現(xiàn)的低頻共振現(xiàn)象的消除起著重要的作用，并且維護了進步電機運行的穩(wěn)定程度。

專門的芯片可以促使環(huán)形脈沖分配器實現(xiàn)邏輯驅(qū)動，當然，斬波恒流驅(qū)動也會由此發(fā)揮作用，控制電路的復(fù)雜性，無形當中增加了系統(tǒng)的運營成本，這是其功能發(fā)揮帶來的弊端。另外，環(huán)狀脈沖分配器這位作為重要的處理器，包含了很多有效信息，比如在步進電機運行中，因為速度和角度的不同導(dǎo)致的時鐘脈沖信號信息不一致等。本文利用了CPLD，這個幾問題上更直接，并且簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，減少了對處理器資源的依賴。

2 系統(tǒng)信息發(fā)揮原理

CPLD器件的使用，完全簡化了系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)，在處理器安排上更能體現(xiàn)系統(tǒng)的總線情況，而且也對步進電機控制驅(qū)動系統(tǒng)的命令發(fā)送提供了有效的資源形式，獲得了系統(tǒng)的應(yīng)允和狀態(tài)呈現(xiàn)。步進電機的驅(qū)動完全控制在CPLD之下，能較大程度的降低處理器運行負擔(dān)，為效率的提升帶來好處。處理器控制步進電機驅(qū)動的主要支柱就是CPLD，是環(huán)狀脈沖分配器控制了寄存器，并且設(shè)置了步進電機勵磁方式，當分頻器的寄存器將分頻數(shù)字寫下時，對于分頻系數(shù)的大小就更有把握，并且還能明晰具體的步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)。計數(shù)器會獲得設(shè)備或人工提供的入計數(shù)初值，計數(shù)器則會自動減數(shù)。計數(shù)器被啟動后，分頻器輸出信息與相應(yīng)信號匯合至恒流斬波邏輯模塊快，進而形成功率較大的電路，產(chǎn)生步進電機驅(qū)動的狀態(tài)。當計數(shù)器為0，低電平狀態(tài)將信息入沖門關(guān)閉，環(huán)狀脈沖分配器的分配內(nèi)容也發(fā)生變化，步進電機在接收到訊號后也會停止運行。從無數(shù)的實驗中得知，計數(shù)器模塊的計數(shù)值填入對于步進電機的轉(zhuǎn)動方向和力度都起著關(guān)鍵作用，在電流檢測模塊應(yīng)該充分重視設(shè)定值與單項電流的比值，并與斬波恒流邏輯模塊也聯(lián)系起來。

3 系統(tǒng)呈現(xiàn)

3.1 CPLD的有效選擇

Altera公司的EPM7128SLC84提供了CPLD的選項，供有效匹配度的選用，在內(nèi)部編程邏輯中，也聚合了將近2500個編程邏輯門單元，下面又有其他簡單或者分化的內(nèi)容分布，在使用上更加的靈活便捷，為系統(tǒng)的擴展釋放了更加的使用空間。

3.2 VHDL編程語言

這種語言是屬于硬件描述語言范疇，對于系統(tǒng)的機構(gòu)、行為和功能，乃至接口都有描述。硬件特征的語句較多，但也可以理解為風(fēng)格別致的計算機高級語言模式。VHDL程序結(jié)構(gòu)特點有可視外部和不可視的內(nèi)部后塍，是工程設(shè)計的重要組成。在設(shè)立理念上，應(yīng)該是主要取決于內(nèi)部的開發(fā)速度，如果較好的完成，設(shè)計就可直接運用與具體實體上。系統(tǒng)實現(xiàn)過程不是簡單的操作，利用了更好的開發(fā)軟件，將各個模塊都聚集到一起開發(fā)，通過原理輸入，又將模塊的連接和編譯工作推行到每一個環(huán)境中，實現(xiàn)了語言控制系統(tǒng)的作用，也為系統(tǒng)裝上了聰明的大腦。

如果設(shè)計實體行為與相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都能在ARCHITECTURE中體現(xiàn)，那么還會受到篇幅的影響而沒有具體信息輸出。當然，編譯之后，調(diào)用的情況就會增多，原理輸出環(huán)境就會開放，原件被使用也會習(xí)以為常。

3.3 斬波恒流驅(qū)動作用發(fā)揮

不管是步進電機的任何驅(qū)動和種類，都主要想保持在理想狀態(tài)下額定值的穩(wěn)定，而斬波恒流的作用發(fā)揮正好彌補了這個領(lǐng)域的功能欠缺。需要強調(diào)的是，斬波時鐘頻率應(yīng)該保證在20kHz一下，降低噪音發(fā)出。我們要選取斬波頻率較高的設(shè)備可解決噪聲帶來的困擾，當然，對于功放大電路的器件要求也是十分高的，可能在設(shè)計中要注重這一點。步進電機的斬波頻率選擇的相同化，能有效的消除噪聲，讓步進電機功能發(fā)揮更穩(wěn)健、更安全。

還與另外一種情況，即確保斬波恒流邏輯保持與功率較大電路電流的檢測電路相配合，進一步實現(xiàn)步進電機恒流斬波驅(qū)動的有效發(fā)揮，在此過程中，電路控制系統(tǒng)將會受到影響，功能放大與系統(tǒng)弱電控制都將會發(fā)生較大的變化，給器物的運轉(zhuǎn)帶來影響。

我們知道，步進電機具有儲能作用，而斬波頻率較高，就造成波動較快，必須利用二者關(guān)系將電流波動幅度降低，進行實現(xiàn)對步進電機的斬波恒流的控制，否則波流的跳躍與反復(fù)將對系統(tǒng)功能產(chǎn)生不利影響，因此，在相關(guān)操作上會有反復(fù)性行為。整體運行原理基本上是通過調(diào)節(jié)器R14來實現(xiàn)或者完成，因為它可以調(diào)整步進電機電流的大小，進而為額定電流的輸出提供方便，由此產(chǎn)生與電機的配合度增強的狀況，就實現(xiàn)使用靈活的目標。步進電機的電感值相對較為明顯，電路中如果增加了諸如R7和C2的電感值，那它就會在驅(qū)動中獲得緩沖時間和空間，進一步避免MOS管因為受到電壓影響而導(dǎo)致毀損現(xiàn)象。

4 結(jié)語

CPLD作為基礎(chǔ)的步進電機的控制系統(tǒng)，在幾個領(lǐng)域和模塊中都存在著巨大價值，諸如處理器接口邏輯、步進電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動角空子、環(huán)形脈沖分配器、斬波恒流驅(qū)動邏輯都受到它的影響實現(xiàn)了基本功能，以及電路結(jié)構(gòu)的簡單化，在互相配合和功能有效發(fā)揮中，提高了系統(tǒng)的集中乃至可靠程度，進一步降低系統(tǒng)應(yīng)用風(fēng)險，降低了處理器運行負擔(dān)，在整個電機控制系統(tǒng)中應(yīng)該充分發(fā)揮步進電機的功能，并通過各種人員配合和努力，設(shè)計出更加合理、科學(xué)、有效、安全的系統(tǒng)部件，促進整體運轉(zhuǎn)穩(wěn)定高效。

參考文獻：

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