基于单片机和CPLD的多维步进电机控制技术研究

wozuishuai

: o( [8 h, S/ A8 \摘要:本文介绍了利用STC增强型51内核单片机和cpld联合控制光学平台多维步进电机的技术研究。针对光学测量中
2 I& k) b( C' g5 S8 g: }的应用给出多维步进电机控制器的方案设计,着重阐述单片机与CPLD硬件接口和数据通信协议，及多维电机同步控制的实现
1 ~) b$ q# S% h: ^. d方法,列举部分VHDL程序和仿真波形,并介绍了单片机外围功能器件、接口及单片机程序流程图。
6 {3 B- @" _- C关键词:步进电机; STC单片机; CPLD; VHDL
1引言
步进电机是采用脉冲信号作为驱动信号源的电动
0 n( a2 y! e( d/ r$ V! S机,是把电信号转化为角位移的微电机。在微量进给及
4 N3 v6 C9 B; m) B6 C- c准确定位等数控领域有着广泛的应用，步进电机只需采
用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度,且这
种系统不需要反馈信号,系统硬件实施比较简单,另外,
步进电机还具有以下几个优势:直接采用数字量控制;转
, c8 ~  }. g; |动惯量小,启、停方便,步距均匀;设备成本低;定位准确;
调速范围宽。
, ~. D# X7 E" r; I对于步进电机的控制,可以采用单片机或者PC机,
但单片机的资源有限,对于多维电机的同步控制不容易
6 X! E7 m; S4 t7 @7 u0 ^. J实现，而且容易受外部信号干扰,电控平移台、转台上的
! M8 O! n  s0 `- ?& X& H+ e* |行程开关电平的跳变容易使单片机程序跑飞,系统稳定
/ G  Q0 d9 s. r  F7 X
# M7 t7 _0 f" P0 T# R$ F/ r性较差;而采用PC机操作便携性能差,体现不出基于嵌
人式平台的电机控制仪器的特征，而且成本也会随之
增长。
- s  U3 W, M8 b7 T单片机的优点是可以稳定地处理复杂算法,而且单
片机带有丰富的中断源和I/O管脚资源,可以外接键盘、
8 C- s1 ^" c/ F( zLCD显示以及串口、USB接口等,所以可以用单片机作
为步进电机控制器的核心器件。而CPLD的特点是作为
一种整合性较高的逻辑元件,可以增加电路可靠性、减少
' Z+ W$ ~( C) A0 [) [9 oPCB面积及降低成本;CPLD各个逻辑方块均相似于一
个简单的PLD元件,逻辑方块间的互连关系由可编程的
7 S" P4 b& |) l8 R  A1 T6 Z熔丝构建,并且可以通过VHDL进行程序设计配置宏单
' u0 [$ H" ~6 o元,每个触发器可独立选择时钟,使CPLD可以并行地以
不同的频率、脉冲数目发出电机控制脉冲,这样就可以实
现对多维步进电机同时进行不同方向、速度、行程的控
1 w6 {; f+ S; W: U8 p( X' O制。单片机和CPLD联合控制多路步进电机,既充分发
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