论文基于FPGA和LMD18200的步进电机控制系统是关于本文可作为步进电机方面的大学硕士与本科毕业论文步进电机论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
摘 要： 实现了一种基于FPGA和LMD18200的步进电机闭环控制系统,给出控制步进电机的设计方法,结合MCU,FPGA和增量型编码器构成了一个完整的运动控制平台.该系统由总线接口单元、闭环控制单元、PWM脉宽调制单元和LMD18200驱动单元组成.实践表明,利用LMD18200驱动逻辑能够使步进电机高效稳定地运行,有效降低了电机运行中的噪音和启动、停止时的震动,使用效果好于大部分常规步进电机驱动方法.
关键词： FPGA； 步进电机； LMD18200； 闭环控制； 编码器； 驱动控制
中图分类号： TN876?34； TP274 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）13?0142?05
Abstract： An FPGA and LMD18200 based closed?loop control system of stepping motor was implemented in this paper. The design method to control the stepping motor is given. The MCU, FPGA and incremental encoder are combined to form a whole motion control platform. The system is composed of bus interface unit, closed?loop control unit, pulse width modulation （PWM） unit and LMD18200 driving unit. The experimental results show that the driving logic of LMD18200 can make the stepper motor run stably and efficiently, effectively reduce the noise during the motor operation and vibration during start and stop, and the control effect of the method is better than that of most conventional stepping motor′s driving methods.
Keywords： FPGA； stepper motor； LMD18200； closed?loop control； encoder； driving control
0 引 言
步进电机是一种数字脉冲信号驱动的电机.通过改变步进电机输入的脉冲总数、频率以及各相绕组的通电顺序,可以得到不同的运行特性[1?2].本文讨论了一种以FPGA控制为核心、结合专用H桥直流电机驱动芯片LMD18200,实现对步进电机全数字化驱动控制的一种方法.
1 系统总体设计
本设计采用MCU+FPGA的软硬件协同控制方式.MCU用于人机交互、接收上位机命令并解析后交给FPGA,FPGA接收指令的同时处理步进电机驱动信号复杂的时序以及完成位置闭环控制.MCU为STM32F103ZET6,FPGA采用Cyclone Ⅲ系列的EP3C25Q240C8芯片.系统结构框图如图1所示.本文主要介绍FPGA内部的闭环控制单元和PWM脉宽调制单元的设计方法.
FPGA主要由MCU总线接口单元、位置检测模块、闭环控制单元以及PWM脉宽调制单元组成.
MCU通过APB总线接口能够实现对总线接口单元中的寄存器进行读写操作,APB（Advanced Peripheral Bus）总线协议是ARM公司提出的AMBA总线结构之一,其控制信号简单,操作灵活[3?4].
STM32写入的参数包括目标距离、加/减速距离、最大匀速速度、尖峰速度、编码器计数复位信号、方向和启动信号等信息.FPGA反馈的状态值包括编码器的实时计数值、实时速度值、限位开关量、电机闲忙信号等.表1～表3给出了接口单元中各寄存器的功能.基地址为0x65000000.
表2中,start：控制电机启动信号；dir：控制电机方向信号；mode：00等于闭环模式,01等于匀速模式,10等于停止；reset：编码器值清零信号；enable：控制电机使能信号；con_speed：匀速模式下的速度等效值.
表3中,busy：电机闲忙标志信号；zeropoint：零点限位开关信号；limitpoint：终点限位开关信号；error：电机错误编码,如電机过热、过流、长时间没达到目标位置等；speed：电机实时速度等效值.
2 LMD18200步进电机驱动原理
本文的步进电机采用的是两相双四拍工作方式,即每次两邻绕组同时通电,四拍一循环,流程如图2所示.
LMD18200是美国国家半导体公司设计的专用于驱动电机的芯片.额定运行参数为：额定电流为3 A,峰值电流为6 A；电源电压可达55 V；功率晶体管导通电阻很小为0.3 Ω；输入信号兼容TTL和CMOS；内置过流报警和过热报警以及自动关断[5].LMD18200内部电路框图如图3所示.
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参考文献：
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