CN201571010U

CN201571010U - 一种步进电机控制器

Info

Publication number: CN201571010U
Application number: CN2009202138928U
Authority: CN
Inventors: 冯筱林
Original assignee: Shanghai Polytechnic University
Current assignee: Shanghai Polytechnic University
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-11-19

Abstract

本实用新型涉及一种步进电机控制器，其特点是包含细分驱动模块、单极性驱动模块、选择模块；所述细分驱动模块、单极性驱动模块分别与选择模块连接。本实用新型由于设有分频器和四选一的第一选择器，使时钟信号模块能够输出多种分频的时钟信号；本实用新型由于通过现场可编程门阵列作为核心芯片对步进电机进行控制，系统扩展性能好、抗干扰能力强；本实用新型由于设有第二选择器能够选择将单极性驱动信号或细分驱动信号输出到外部步进电机对应相位的功率放大模块；本实用新型由于设有细分驱动模块，能够将驱动电流细分，用阶梯波供电代替常规的矩形波供电，提高精度，同时也减弱了低频震荡问题。

Description

一种步进电机控制器

技术领域

本实用新型涉及一种步进电机控制器，特别涉及一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的步进电机控制器。

背景技术

目前广泛应用的步进电机速度控制器通常是采用单片机产生控制信号，利用EPROM与压频变换器结合的模拟电路实现的，如果要实现对电机的方向和速度控制，需要分别设置额外的外围元件，辅助电路结构复杂、控制精度低。现有技术中通常使用的驱动电路为单极性驱动电路，该驱动线路用矩形恒流斩波供电，虽然简单，但效率低，启动和运行频率均不高，而且电机每运行一步，其绕组内的电流突变，在上升沿或下降沿的电流变化巨大，会引起电机运行的振动和噪音。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种步进电机控制器，能够通过一个结构简单的核心芯片实现对步进电机的运转方向的改变、运转速度的平滑控制，同时有良好的扩展性能和抗干扰能力。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种步进电机控制器，其特点是，包含细分驱动模块、单极性驱动模块、选择模块；上述细分驱动模块、单极性驱动模块、分别与选择模块连接。

上述步进电机控制器还包含按键模块、时钟信号模块；上述按键模块与选择模块连接；上述时钟信号模块与单极性驱动模块、细分驱动模块连接。

上述步进电机控制器控制芯片是现场可编程门阵列(FPGA)器件EP1C12Q240C8。

上述选择模块包含第一选择器MUX44、第二选择器BUSMUX；上述第一选择器MUX44为四选一选择器，所述第二选择器BUSMUX为二选一选择器。

上述时钟信号模块使用分频器clk_div，上述分频器的输出引脚与所述第一选择器MUX44的输入引脚相连接。

上述细分驱动模块包含脉宽调制计数模块CNT8、地址计数模块CNT24、波形存储模块ROM3、比较器模块CMP；所述地址计数模块CNT24通过波形存储模块ROM3与比较器模块CMP连接，脉宽调制技术模块CNT8与比较器模块CMP连接。

本实用新型所述的步进电机控制器与现有技术相比，其优点在于：本实用新型由于通过现场可编程门阵列(FPGA)作为核心芯片对步进电机进行控制，减少了外围电路的元件使用，系统扩展性能好、抗干扰能力强；

本实用新型由于设有分频器clk_div和四选一第一选择器MUX44，使时钟信号模块能够输出多种分频的时钟信号；

本实用新型由于设有第二选择器BUSMUX能够选择将单极性驱动信号或细分驱动信号输出到外部步进电机对应相位的功率放大模块；

本实用新型由于设有细分驱动模块，能够将驱动电流细分，用阶梯波供电代替常规的矩形波供电，使步距角减小，步进误差减小，提高精度，同时也减弱了低频震荡问题。

附图说明

图1是本实用新型步进电机控制器的电路框图；

图2是本实用新型步进电机控制器的细分驱动模块的结构图。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型步进电机控制器使用的现场可编程门阵列(FPGA)器件是EP1C12Q240C8。

请参见图1所示，本实用新型步进电机控制器包含细分驱动模块10、单极性驱动模块20、选择模块30、按键模块40、时钟信号模块50。细分驱动模块10、单极性驱动模块20、按键模块40分别与选择模块30连接，通过按键模块40选择从选择模块30输出单极性驱动信号或细分驱动信号，控制步进电机对应相位的功率放大模块60通断。时钟信号模块50通过选择模块30与单极性驱动模块20、细分驱动模块10连接。

选择模块30包含第一选择器MUX44、第二选择器BUSMUX。其中第一选择器MUX44为四选一选择器，设有四个输入引脚B0到B3，两个选通引脚A1、A2，一个输出引脚Y4；选通引脚A1、A2与外部的选通信号相连接，在选通引脚A1、A2上施加有四种不同的高低电压组合时，分别选择输入引脚B0到B3中的一个信号输出至输出引脚Y4。第二选择器BUSMUX设有两组输入引脚dataa、datab，选通引脚sel、一组输出引脚Y0到Y3；选通引脚sel与按键模块40的一个按键S1连接，通过该按键S1选择将输入引脚dataa或datab上的数据信号传输到输出引脚Y0到Y3。

时钟信号模块50使用分频器clk_div，设有时钟输入引脚clk3、复位引脚rst和四个输出引脚clk_2d、clk_4d、clk_8d、clk_16d。输入引脚clk3与外部时钟振荡信号连接，输入引脚rst与外部复位信号连接；四个输出引脚分别与第一选择器MUX44的四个输入引脚B0到B3相连接。分频器clk_div对输入的时钟振荡信号进行分频，分别将2分频、4分频、8分频、16分频的时钟信号输出到第一选择器MUX44。

请参见图2所示，细分驱动模块10包含脉宽调制计数模块CNT8、地址计数模块CNT24、波形存储模块ROM3、比较器模块CMP。地址计数模块CNT24通过波形存储模块ROM3与比较器模块CMP连接，脉宽调制技术模块CNT8与比较器模块CMP连接。

比较器模块CMP包含四个比较器CMP0到CMP3；每个比较器设有两组输入引脚c0到c3、d0到d3，一个输出引脚agb；因此比较器模块CMP设有16个c组输入引脚，16个d组输入引脚，4个输出引脚F0到F3。

脉宽调制计数模块CNT8设有输入引脚CLK1，一组输出引脚R0到R3。脉宽调制计数模块CNT8的输入引脚CLK1与外部晶振信号相连接，输出引脚R0到R3与比较器模块CMP的其中d组输入引脚相连接。脉宽调频计数模块CNT8在外部晶振信号作用下递增计数，产生阶梯上升的周期性锯齿波，加载到比较器模块CMP的输入端。

地址计数模块CNT24设有时钟信号引脚clk4、使能信号引脚EN、方向控制引脚U_D、一组地址输出引脚Q0到Q4。时钟信号引脚clk4与第一选择器MUX44的输出引脚Y4相连接；由第一选择器MUX44输出的不同分频的时钟信号，使细分驱动模块10输出间隔时间不同的驱动脉冲，就可以对步进电机进行调速。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。使能信号引脚EN接地，使地址计数模块CNT24一直处于选通状态。方向控制引脚U_D与按键S2相连接；通过按键S2控制，改变细分驱动模块10输出给各相位的驱动脉冲的顺序，来控制步进电机的正转或反转。

波形存储模块ROM3设有时钟信号引脚inclock、一组地址输入引脚address0到address4，一组波形输出引脚P0到P15。地址输入引脚address0到address4分别与地址计数模块CNT24的地址输出引脚Q0到Q4相连接；时钟信号引脚inclock与第一选择器MUX44输出的分频时钟信号相连接。波形存储模块ROM3中存储有与不同细分驱动脉冲电流相对应的地址数值，在分频时钟信号控制下，地址计数模块CNT24输出的地址信号通过输入引脚address加载到波形存储模块ROM3中进行寻址，在波形输出引脚P0到P15上输出相应的的细分驱动脉冲信号。波形输出引脚P0到P15分为四组后，分别与比较器模块CMP的另一组c组输入引脚相连接。

比较器模块CMP的输出引脚F0到F3分别与第二选择器BUSMUX的其中一组输入引脚datab相连接。比较器模块CMP将分别输入的脉宽调制计数模块CNT8、波形存储模块ROM3的驱动信号进行数值比较，当脉宽调制计数模块CNT8的数值小于波形存储模块ROM3的数值时，比较器模块CMP输出高电平，使步进电机对应相位的功率放大模块60导通；当脉宽调制计数模块CNT8的数值大于波形存储模块ROM3的数值时，比较器模块CMP输出低电平，使步进电机对应相位的功率放大模块60截止。波形存储模块ROM3中输出的数据变化，各比较器相应改变输出信号的高电平占空比，导致步进电机对应相位上的通电时间变化，从而改变了驱动信号的电流平均值，实现了步进电机的细分控制。

单极性驱动模块20设有时钟信号引脚CLK2、一组输入引脚L0、L1，一组输出引脚H0到H3。时钟信号引脚CLK2与第一选择器MUX44输出的分频时钟信号相连接。输入引脚L0、L1与地址计数模块CNT24的地址输出引脚Q0、Q1相连接；在分频时钟信号控制下，地址计数模块CNT24输出的两位地址信号通过单极性驱动模块20转换成四位的单极性驱动信号，用来控制步进电机对应相位的功率放大模块60的通断。输出引脚H0到H3与第二选择器BUSMUX的另一组输入引脚dataa相连接，也可以直接与外部步进电机对应相位的功率放大模块60连接。

第二选择器BUSMUX通过按键S1选择将分别输入的单极性驱动模块20或细分驱动模块10的驱动信号加载到输出引脚Y0到Y3，与外部步进电机对应相位的功率放大模块60连接。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种步进电机控制器，其特征在于，包含细分驱动模块(10)、单极性驱动模块(20)、选择模块(30)；所述细分驱动模块(10)、单极性驱动模块(20)分别与选择模块(30)连接。

2.如权利要求1所述的步进电机控制器，其特征在于，其还包含按键模块(40)、时钟信号模块(50)；所述按键模块(40)与选择模块(30)连接；所述时钟信号模块(50)与单极性驱动模块(20)、细分驱动模块(10)连接。

3.如权利要求1所述的步进电机控制器，其特征在于，该步进电机控制器控制芯片是现场可编程门阵列(FPGA)器件。

4.如权利要求1所述的步进电机控制器，其特征在于，所述选择模块(30)包含第一选择器MUX44、第二选择器BUSMUX；所述第一选择器MUX44为四选一选择器，所述第二选择器BUSMUX为二选一选择器。

5.如权利要求1所述的步进电机控制器，其特征在于，所述时钟信号模块(50)使用分频器clk_div，所述分频器的输出引脚与所述第一选择器MUX44的输入引脚相连接。

6.如权利要求1所述的步进电机控制器，其特征在于，所述细分驱动模块(10)包含脉宽调制计数模块CNT8、地址计数模块CNT24、波形存储模块ROM3、比较器模块CMP；所述地址计数模块CNT24通过波形存储模块ROM3与比较器模块CMP连接，脉宽调制技术模块CNT8与比较器模块CMP连接。