一種帶有限位功能的步進(jìn)電機(jī)控制器
加入技術(shù)交流群
always @(negedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset) q = 4’b0000;
else if(!hold || !run_en) q = 4’b0000;
//輸出0可以使功率芯片輸出開路狀態(tài)，
//防止電機(jī)發(fā)熱
else begin//電機(jī)請(qǐng)求有效
if(!direc_i)//反方向
case (q) //表2中的邏輯輸出
4'b0111 : q = 4'b1111;
4'b1111 : q = 4'b1101;
4'b1101 : q = 4'b0101;
4'b0101 : q = 4'b0111;
default : q = 4'b0101;
endcase
else if(direc_i)//正方向
case (q)
4'b0111 : q = 4'b0101;
4'b0101 : q = 4'b1101;
4'b1101 : q = 4'b1111;
4'b1111 : q = 4'b0111;
default : q = 4'b0101;
endcase
end
end
3 仿真與實(shí)驗(yàn)
為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制器是否能正常工作，使用EDA工具和Nios II嵌入式系統(tǒng)對(duì)控制器進(jìn)行功能仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
3.1 功能仿真
使用測(cè)試臺(tái)（testbench）程序在Modelsim中對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器進(jìn)行功能仿真。仿真時(shí)鐘周期為100 ns，仿真結(jié)果如圖4所示。測(cè)試臺(tái)程序在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)修改輸入端口寄存器的值，并監(jiān)視邏輯發(fā)生器的輸出。在評(píng)價(jià)功能仿真輸出結(jié)果時(shí)，主要查看自動(dòng)、手動(dòng)和復(fù)位3個(gè)模塊的仿真輸出邏輯是否按測(cè)試臺(tái)程序要求轉(zhuǎn)換了預(yù)定的次數(shù)，同時(shí)檢查限位和停止功能是否有效。
圖4中，測(cè)試臺(tái)首先設(shè)置爬山復(fù)位(reset_tri)為有效，邏輯發(fā)生器開始輸出驅(qū)動(dòng)邏輯，直到限位信號(hào)(limit)下降沿到來，A/B/C/D恢復(fù)為0；接著置手動(dòng)觸發(fā)信號(hào)(manual)有效，邏輯發(fā)生器在輸出手動(dòng)控制模塊預(yù)置的7次驅(qū)動(dòng)邏輯轉(zhuǎn)換后，A/B/C/D恢復(fù)為0；然后向自動(dòng)步數(shù)(data)寫入數(shù)據(jù)’00001001’，邏輯發(fā)生器輸出了9次邏輯轉(zhuǎn)換；在手動(dòng)和自動(dòng)控制過程中，測(cè)試臺(tái)在邏輯輸出過程中插入了有效的限位信號(hào)。由圖4可以看出，在1600 ns和3 μs 處，驅(qū)動(dòng)邏輯的轉(zhuǎn)換方向發(fā)生了變化；最后，向data寫入數(shù)據(jù)’00000100’，驅(qū)動(dòng)邏輯重新開始輸出，輸出過程中遇到停止信號(hào)(hold)有效，強(qiáng)制輸出A/B/C/D為0。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制器的功能正確。
3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
步進(jìn)電機(jī)控制器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電路如圖5所示。嵌入Nios II處理器的片上可編程系統(tǒng)(SoPC)在ALTERA DE2開發(fā)板的FPGA中建立，同時(shí)設(shè)計(jì)了位置感應(yīng)電路和功率驅(qū)動(dòng)電路，用來驗(yàn)證復(fù)位和限位功能以及驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
位置感應(yīng)電路如圖6所示。采用光電開關(guān)(optoiso)作為限位信號(hào)傳感器，當(dāng)調(diào)焦鏡頭在設(shè)定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，限位傳感器輸出高電平信號(hào)，到達(dá)邊界時(shí)則輸出低電平信號(hào)。光電開關(guān)輸出的電平信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)后，輸出限位信號(hào)LIMIT。
步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路如圖7所示，圖中A/B/C/D是步進(jìn)電機(jī)控制器輸出的邏輯電平信號(hào)，經(jīng)存儲(chǔ)后送入BA6845FS進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，而功率芯片的輸出端口直接與二相四線制步進(jìn)電機(jī)的繞組控制線相連。
完成功率電路和位置反饋電路制作后，把它們連接在DE2開發(fā)板上。將步進(jìn)電機(jī)控制器與Avalon總線信號(hào)連接后添加到Nios II系統(tǒng)集成工具SoPC Builder中，然后添加其他Nios II系統(tǒng)模塊構(gòu)成一個(gè)SoPC并下載到FPGA。最后編寫面向Nios II處理器的步進(jìn)電機(jī)控制程序，其中手動(dòng)控制采用按鍵中斷方式。通過程序向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送自動(dòng)和手動(dòng)以及復(fù)位控制命令，驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，步進(jìn)電機(jī)可以響應(yīng)自動(dòng)控制和手動(dòng)微調(diào)請(qǐng)求，同時(shí)有效的限位信號(hào)可以復(fù)位調(diào)焦鏡頭到達(dá)爬山起始位置和限定鏡頭的移動(dòng)范圍。
參考文獻(xiàn)
[1] 郭麗霞.基于AMIS30522的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀表，2009(8)：14-17.
[2] 程永強(qiáng)，黃英男，謝克明.一種攝像頭自動(dòng)聚焦方法及硬件實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009，(1)：28-31.
[3] 張文愛，李逢磊，程永強(qiáng).基于FPGA的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)聚焦的實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008(5)：33.
[4] 王美川，王紫婷.基于FPGA控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)量技術(shù)，2008，31(6)：184-187.
[5] 蔚永強(qiáng)，張秦嶺，郭宏.一種低成本的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研制[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23(10)：95-97.
[6] Rohm CO.，LTD.Stepping motor driver BA6845FS[EB/OL].2005[2010-09-28].http：//www.rohm.com.cn/.
光電開關(guān)相關(guān)文章:光電開關(guān)原理 脈沖點(diǎn)火器相關(guān)文章:脈沖點(diǎn)火器原理
評(píng)論