基于FPGA的步进电机控制系统的设计方案

提高了输出等效波形的质量。本文中选取Altera公司2004年推出了新款Cyclone Ⅱ系列FPGA器件作为开发平台，同时输出8路PWM信号，控制实现四相步进电机的16细分。同时利用串口模块与上位机相连以实现人机交互。系统原理图如图4所示。

　　该控制系统中采用总线控制方式，利用片选信号依次控制4路PWM锁存器的通断，这样可以简化硬件电路和软件设计。以A相控制为例，当片选A为高电平而其他几路片选为低时，A 路PWM 锁存器工作而其他几路PWM锁存器休眠。根据公式（8）计算出细分的电流分配系数，进而转化成控制PWM信号的占空比，同时开通几路锁存器，通过锁存器输出驱动步进电机。

　　3 步进电机细分控制软件的设计

　　本设计中采用Quartus Ⅱ软件开发平台和Verilog设计语言进行控制软件的设计。系统中需要在FPGA 内利用线性反馈移位寄存器（Linear Feedback Shift Regis-ters）来实现随机数的产生，控制步进电机的随机取样转动，本系统中最核心的PWM控制模块设计如下：

　　4 系统测试

　　系统设计完成后，对整个系统进行测试和检验。

　　PWM 控制系统的仿真结果如图5 所示，观察仿真输出波形可知控制脉冲输出正确。将程序固化到FPGA 硬件中之后，将被控的四相反应式步进电机连接上，并通过串口将FPGA与上位机相连，由上位机输出命令控制步进电机的转速、转向、转动角度等。

　　5 结语

　　本文提出了一种基于FPGA的步进电机控制系统的设计方案。该方案利用FPGA控制速度快、可靠性强等特点，利用等步距细分原理和PWM控制技术，设计出了高灵活性、可人机交互、分辨率高的步进电机控制系统。验证结果表明，该控制系统实现了步进电机等步距角的16级细分，并通过人机交互实现了任意改变各相顺序的主要技术指标，控制精度高，可靠性强。从而证实了该方案的可行性。