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

1、步進電機是一種開環(huán)控制電機，在自動控制系統(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，步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。傳統(tǒng)的步進電機控制系統(tǒng)多采用單片機和DSP芯片作為其核心，通常以定時器的方式產(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)動電路的設(shè)計復雜且昂貴，并在在設(shè)計完成后很難再做修改或者靈活應用于其他場合，系統(tǒng)的可移植性比較差，并

2、且難以實現(xiàn)人機交互，控制精度低。在實際的工作和生產(chǎn)過程通常需要多臺設(shè)備協(xié)調(diào)共同作用完成，因此就需要使用多臺步進電機進行控制。對多臺電機聯(lián)動控制的方法有很多，一般而言，可以采用多個CPU共同控制多臺電機的方法，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)場可編程門陣列）的多通道步進電機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以STM3

3、2和FPGA為核心，能夠完成對8臺步進電機的實時精確控制的功能。提出的多通道步進電機控制系統(tǒng)主要由上位機、STM32、FPGA和步進電機驅(qū)動器四部分組成。上位機負責系統(tǒng)參數(shù)的定義、管理、監(jiān)控，并對各步進電機的數(shù)據(jù)進行顯示和保存等工作，并提供簡便直觀的人機交互界面而不參與步進電機的實時控制。STM32控制模塊與PC端上位機和FPGA狀態(tài)轉(zhuǎn)換及分頻模塊分別進行通信，從而實現(xiàn)三者之間數(shù)據(jù)和命令的傳遞處理。FPGA采用硬件編程語言Verilog

4、-HDL進行編寫。實時控制模塊中的FPGA負責與STM32微控制器進行通信并執(zhí)行上位機發(fā)送過來的相關(guān)命令，實現(xiàn)控制脈沖的輸出，從而控制步進電機在啟動、加速、減速等狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。步進電機驅(qū)動器中的L297芯片負責將從FPGA輸入的控制脈沖信號按一定規(guī)律進行分配，再通過L298芯片進行功率放大，最終實現(xiàn)對8臺步進電機的控制。光柵傳感器將電機的實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA，并最終傳入STM32，與發(fā)送給電機的控制信號進行比較，從而比較精準的