本文關(guān)鍵詞：基于STM32和FPGA的多通道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：步進(jìn)電機(jī)是一種開環(huán)控制電機(jī),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(jìn)電機(jī)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(fù)載變化的影響[1]。傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)多采用單片機(jī)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[2],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(fù)雜且昂貴,并在在設(shè)計完成后很難再做修改或者靈活應(yīng)用于其他場合,系統(tǒng)的可移植性比較差,并且難以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,控制精度低。在實(shí)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(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。對多臺電機(jī)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(jī)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。為解決以上這些問題,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(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以STM32和FPGA為核心,能夠完成對8臺步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時精確控制的功能。本文提出的多通道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、STM32、FPGA和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器四部分組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)的定義、管理、監(jiān)控,并對各步進(jìn)電機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和保存等工作,并提供簡便直觀的人機(jī)交互界面而不參與步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時控制。STM32控制模塊與PC端上位機(jī)和FPGA狀態(tài)轉(zhuǎn)換及分頻模塊分別進(jìn)行通信,從而實(shí)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-HDL進(jìn)行編寫。實(shí)時控制模塊中的FPGA負(fù)責(zé)與STM32微控制器進(jìn)行通信并執(zhí)行上位機(jī)發(fā)送過來的相關(guān)命令,實(shí)現(xiàn)控制脈沖的輸出,從而控制步進(jìn)電機(jī)在啟動、加速、減速等狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器中的L297芯片負(fù)責(zé)將從FPGA輸入的控制脈沖信號按一定規(guī)律進(jìn)行分配,再通過L298芯片進(jìn)行功率放大,最終實(shí)現(xiàn)對8臺步進(jìn)電機(jī)的控制。光柵傳感器將電機(jī)的實(shí)時運(yùn)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(jī)的控制信號進(jìn)行比較,從而比較精準(zhǔn)的控制電機(jī)的運(yùn)行,達(dá)到對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制的目的。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273;TM383.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1301351