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

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【摘要】：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[1]。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[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。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)的多通道步進電機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以STM32和FPGA為核心,能夠完成對8臺步進電機的實時精確控制的功能。本文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-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,從而比較精準的控制電機的運行,達到對步進電機進行閉環(huán)控制的目的。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273;TM383.6

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：1301351