在許多光學(xué)測(cè)量或儀器儀表中都要用到步進(jìn)電機(jī)，但目前通常是應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行時(shí)序控制，再應(yīng)用現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)器，這樣勢(shì)必會(huì)提高儀器儀表的成本和使用。本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)了一個(gè)三相步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低，稍加改動(dòng)可以方便的應(yīng)用到許多系統(tǒng)中。

1系統(tǒng)構(gòu)成1.1關(guān)于步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為一種把數(shù)字電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電元件，具有控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低、維護(hù)容易、定位精度高、無(wú)累積位置誤差、可自鎖、控制成本低等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。通常步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)“環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電。環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)各自的放大器放大后送入步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.2控制與驅(qū)動(dòng)電路近幾年來(lái)fpga以其高性能、高可靠性及輸出邏輯結(jié)構(gòu)可組態(tài)等特性，廣泛用來(lái)構(gòu)成譯碼器、優(yōu)先編碼器、多路開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)比較器、移位寄存器、計(jì)數(shù)器、總線仲裁器等叭而采用fpga器件對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)序進(jìn)行控制，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低了成本、而且編程靈活方便，提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的通用性。同時(shí)我們采用由7個(gè)硅npn達(dá)林頓晶體管陣列組成的uln2003來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。它能與ttl和cmos電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)；高耐壓，工作電流大，灌電流可達(dá)500ma，并且在關(guān)態(tài)時(shí)可以承受50v的電壓。

fpga步進(jìn)電機(jī)時(shí)序控制器的實(shí)現(xiàn)bookmark4 2.1步進(jìn)電機(jī)的時(shí)序要求混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，工作時(shí)要求定子磁極的極性交變。通常要求其繞組由雙極性驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，即繞組電流能正、反向流動(dòng)是提供給驅(qū)動(dòng)器的時(shí)序信號(hào)，對(duì)應(yīng)電機(jī)的a、b、c三相。此時(shí)三相六拍控制時(shí)序如所示。

三相步進(jìn)電機(jī)三相六拍時(shí)序圖設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制器，可根據(jù)外部動(dòng)作命令對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。在此使用有限狀態(tài)機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制的狀態(tài)機(jī)如所示。當(dāng)方向控制信號(hào)d為高電平時(shí)，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；方向控制信號(hào)d為低電平時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。其相應(yīng)的vhdl程序如下：4結(jié)束語(yǔ)在fpga中使用軟核處理器nios比硬核的優(yōu)（上接第34頁(yè)）2.3系統(tǒng)仿真與調(diào)試我們先應(yīng)用maxplus！進(jìn)行仿真，控制器的符號(hào)如。對(duì)于該控制器，我們?cè)O(shè)置的各個(gè)控制信號(hào)均是外部電鍵，此外cp為時(shí)鐘信號(hào)，rate調(diào)速方式為：內(nèi)部數(shù)據(jù)選擇器根據(jù)rate值將移位寄存器的時(shí)鐘分別和cp及八進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端相連，以對(duì)cp進(jìn)行1、2、4、8分頻。stepout輸出的時(shí)序通過(guò)光電耦合直接送驅(qū)動(dòng)器uln2003，如果為了提高uln2003的驅(qū)動(dòng)能力可以在其輸出端加上拉電阻。

學(xué)出版社，2002.朱全慶，等。片上系統(tǒng)中的ip復(fù)用。半導(dǎo)體技術(shù)，2001，26（7）：3-8.任愛(ài)鋒，等?；趂pga的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。西安電子科技大學(xué)出版社，2004.潘松，黃繼業(yè)。eda技術(shù)實(shí)用教材。北京科技出版社，2002.李維州，郭強(qiáng)。液晶顯示應(yīng)用技術(shù)。北京電子工業(yè)出版社，2002.包明（1964-）男，碩士，副教授，主要從事eda技術(shù)和計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)的研究工作。

（劉鵬編發(fā)）從以上可以看出，應(yīng)用fpga控制步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、應(yīng)用方便、系統(tǒng)可靠、靈活性大，而且轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差小。如果對(duì)此電路和程序上稍作修改可用于其它光學(xué)儀器儀表、光機(jī)電一體化系統(tǒng)及單通道多光譜成像中。