基于单片机和CPLD的多维步进电机控制技术研究

wozuishuai

, N5 @& U& p( U7 @# a- ~6 r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
5 w' u8 |" D( |5 b0 Z3 T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
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。
关键词:步进电机; STC单片机; CPLD; VHDL
1引言
, D" H+ V- T) t: Q$ n8 |步进电机是采用脉冲信号作为驱动信号源的电动
机,是把电信号转化为角位移的微电机。在微量进给及
准确定位等数控领域有着广泛的应用，步进电机只需采
* K5 Y" h, V2 c) K. y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,
3 @, \/ c7 V- }步进电机还具有以下几个优势:直接采用数字量控制;转
动惯量小,启、停方便,步距均匀;设备成本低;定位准确;
3 R0 Q; H' h8 N/ n( s* y  B调速范围宽。
# H; S. I  J* ]) n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
4 C. F. z6 @' ~# Y$ F9 x4 C实现，而且容易受外部信号干扰,电控平移台、转台上的
8 X. R( q4 P% k' p1 L# ]2 u行程开关电平的跳变容易使单片机程序跑飞,系统稳定
; G( V* M5 q, U8 \; G
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
9 x: V3 Q' l9 L2 E增长。
3 ~6 o- t7 P0 e! F+ p" F- f" 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、
$ n6 y9 k% R- ?5 y0 j4 h6 OLCD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
- ^: D' D& y# p一种整合性较高的逻辑元件,可以增加电路可靠性、减少
* [& e9 j% ]/ y9 q$ O' A' LPCB面积及降低成本;CPLD各个逻辑方块均相似于一
0 H2 n9 M# Z( w4 a个简单的PLD元件,逻辑方块间的互连关系由可编程的
熔丝构建,并且可以通过VHDL进行程序设计配置宏单
0 |% W  b6 G( T: }& t元,每个触发器可独立选择时钟,使CPLD可以并行地以
+ t; n+ w. @; r5 Y3 J/ d. c不同的频率、脉冲数目发出电机控制脉冲,这样就可以实
0 ?, Z/ D9 ^& ^1 L$ T$ ~  Q7 P现对多维步进电机同时进行不同方向、速度、行程的控
制。单片机和CPLD联合控制多路步进电机,既充分发

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