以CPLD為基礎的步進電機控制分析

王子函

摘要：本文設計了一個基于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，能將各部分的內容呈現出來。在CPLD步進電機的控制和處理器接口的處理下，對硬件結構的展現較為直接，完成了系統(tǒng)的有效組結。

關鍵詞：CPLD；步進電機；控制

CPLD為基礎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構相對簡單，而且靈活度非常高，并產生很強的可靠性，與處理器的接口處理更加便捷，最關鍵的是，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動都能表現出良好的效能。

1 步進電機的控制驅動

步進電機，從嚴格的意義上講，是電脈沖信號轉換成的機電原件，其工作原理進而從結構上劃分成四種類型，一種是反應式，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，信號經分配器傳出，或功率放大，進一步對步進電機的驅動產生作用。在我們常見的范圍內，電壓和電流驅動比較普遍，斬波恒流驅動器比電壓驅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的低頻共振現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)形脈沖分配器實現邏輯驅動，當然，斬波恒流驅動也會由此發(fā)揮作用，控制電路的復雜性，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)的硬件結構，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)硬件電路結構，在處理器安排上更能體現系統(tǒng)的總線情況，而且也對步進電機控制驅動系統(tǒng)的命令發(fā)送提供了有效的資源形式，獲得了系統(tǒng)的應允和狀態(tài)呈現。步進電機的驅動完全控制在CPLD之下，能較大程度的降低處理器運行負擔，為效率的提升帶來好處。處理器控制步進電機驅動的主要支柱就是CPLD，是環(huán)狀脈沖分配器控制了寄存器，并且設置了步進電機勵磁方式，當分頻器的寄存器將分頻數字寫下時，對于分頻系數的大小就更有把握，并且還能明晰具體的步進電機的轉數。計數器會獲得設備或人工提供的入計數初值，計數器則會自動減數。計數器被啟動后，分頻器輸出信息與相應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，產生步進電機驅動的狀態(tài)。當計數器為0，低電平狀態(tài)將信息入沖門關閉，環(huán)狀脈沖分配器的分配內容也發(fā)生變化，步進電機在接收到訊號后也會停止運行。從無數的實驗中得知，計數器模塊的計數值填入對于步進電機的轉動方向和力度都起著關鍵作用，在電流檢測模塊應該充分重視設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

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、行為和功能，乃至接口都有描述。硬件特征的語句較多，但也可以理解為風格別致的計算機高級語言模式。VHDL程序結構特點有可視外部和不可視的內部后塍，是工程設計的重要組成。在設立理念上，應該是主要取決于內部的開發(fā)速度，如果較好的完成，設計就可直接運用與具體實體上。系統(tǒng)實現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。

如果設計實體行為與相關數據結構都能在ARCHITECTURE中體現，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，原件被使用也會習以為常。

3.3 斬波恒流驅動作用發(fā)揮

不管是步進電機的任何驅動和種類，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域的功能欠缺。需要強調的是，斬波時鐘頻率應該保證在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，進一步實現步進電機恒流斬波驅動的有效發(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，必須利用二者關系將電流波動幅度降低，進行實現對步進電機的斬波恒流的控制，否則波流的跳躍與反復將對系統(tǒng)功能產生不利影響，因此，在相關操作上會有反復性行為。整體運行原理基本上是通過調節(jié)器R14來實現或者完成，因為它可以調整步進電機電流的大小，進而為額定電流的輸出提供方便，由此產生與電機的配合度增強的狀況，就實現使用靈活的目標。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致毀損現象。

4 結語

CPLD作為基礎的步進電機的控制系統(tǒng)，在幾個領域和模塊中都存在著巨大價值，諸如處理器接口邏輯、步進電機轉速和轉動角空子、環(huán)形脈沖分配器、斬波恒流驅動邏輯都受到它的影響實現了基本功能，以及電路結構的簡單化，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)應用風險，降低了處理器運行負擔，在整個電機控制系統(tǒng)中應該充分發(fā)揮步進電機的功能，并通過各種人員配合和努力，設計出更加合理、科學、有效、安全的系統(tǒng)部件，促進整體運轉穩(wěn)定高效。

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