基于NiosII軟核處理器的步進電機接口設計

式中：f為要得到的頻率；fi為各個疊加頻率；f0基準脈沖；rn-(i+1)第n-(i+1)個寄存器。
文中取n=16，所以16個寄存器組成的16位二進制數(shù)的范圍就是0000～FFFF。根據(jù)公式(3)、(4)可知，只要f0等于65 536 Hz，那么通過改變二進制數(shù)(r15～r0)，輸出f就連續(xù)可調。該電路也就是脈沖發(fā)生器(step_wave)中的核心電路。
2．3 電機控制模塊設計
一般步進電機的控制器可以通過單片機來實現(xiàn)，本文電機控制模塊是用verilog HDL語言實現(xiàn)、以IP模塊的形式封裝在SOPC Builder的IP模塊庫中，它是可以被NiosII系統(tǒng)直接調用的。圖2為電機控制模塊的設計層次圖。

1)脈沖控制器
根據(jù)脈沖控制器要實現(xiàn)的功能，可以確定脈沖控制器主要是由以下幾個小模塊構成：標準頻率產生模塊；總輸出脈沖數(shù)控制模塊；輸出的脈沖個數(shù)寄存器更新模塊。
2)脈沖發(fā)生器
脈沖發(fā)生器的功能是產生需要的脈沖序列，經過分析后知道，此部分主要由以下幾個模塊構成：
①16 bit計數(shù)器，脈沖發(fā)生器最終輸出的脈沖其實是由1／2CLK、1／4CLK、1／8CLK…1／32 768CLK這16種脈沖組合實現(xiàn)，CLK是由step _control分頻得到基準時鐘。為了實現(xiàn)這16種頻率的脈沖，需要16bit的計數(shù)器。16bit計數(shù)器的產生16種狀態(tài)，保持16種基頻的狀態(tài)唯一。
②基頻產生模塊，由公式(3)、(4)可知，這16種脈沖其實是以16bit計數(shù)器的16種不會重疊的狀態(tài)為條件而產生的。
③脈沖疊加，脈沖疊加模塊，用來把這16種脈沖疊加起來，得到需要合成的輸出。最終合成的輸出控制可由16個兩輸入與門來實現(xiàn)，一端接輸出脈沖，另一端接對應的脈沖個數(shù)寄存器。
3)脈沖分相器
由于是四相步進電機，并以單拍的方式運行，所以在最后從脈沖分相器輸出的頻率為四相。CP[3：0]就是最終輸出的四相信號。

3 電機控制模塊的仿真與驗證
1)功能仿真
電機控制模塊在Quartus II上的綜合結果如圖3所示，電機控制模塊是由slave、step_control、step_wave及step_cp 4部分組成。

2)SOPC平臺驗證
首先導入的HDL文件是用于描述模塊的硬件邏輯功能。對于電機控制模塊，導入的文件分別是motor．v、step_control．v、step_wav e．v和step_cp．V，其中motor．V是頂層文件，配置SOPC平臺，如圖4所示。