基于单片机和CPLD的多维步进电机控制技术研究

wozuishuai

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
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
& F7 H3 H: L, T* P# {  I1引言
: @* ^: M2 A2 s1 `$ U4 E) G9 F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
9 k8 u+ Z4 k9 |& Q9 n准确定位等数控领域有着广泛的应用，步进电机只需采
& _2 Z2 ?" p# C1 f( d7 Z% w用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度,且这
6 t% t1 _4 Y) p1 y" E1 N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
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。
对于步进电机的控制,可以采用单片机或者PC机,
$ I6 F8 x; w7 b3 c9 J6 Z9 |7 i但单片机的资源有限,对于多维电机的同步控制不容易
实现，而且容易受外部信号干扰,电控平移台、转台上的
行程开关电平的跳变容易使单片机程序跑飞,系统稳定
) G9 F; y! e/ }) Z
" i5 {: z1 N) v* W2 X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。
; I4 |/ |$ Y8 O6 _- o8 j: v2 X5 I单片机的优点是可以稳定地处理复杂算法,而且单
) S$ w4 u" z. g' Y5 Q( {片机带有丰富的中断源和I/O管脚资源,可以外接键盘、
LCD显示以及串口、USB接口等,所以可以用单片机作
  T" \2 a; G& D( q$ f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
# c* P9 H/ y& v9 d  J2 f- v# TPCB面积及降低成本;CPLD各个逻辑方块均相似于一
) j# W: X# P8 h/ \个简单的PLD元件,逻辑方块间的互连关系由可编程的
' {6 |$ \) O$ u& V' g- {/ [熔丝构建,并且可以通过VHDL进行程序设计配置宏单
元,每个触发器可独立选择时钟,使CPLD可以并行地以
/ R# i$ ?+ S: ~! R/ |4 i' ]8 z- q不同的频率、脉冲数目发出电机控制脉冲,这样就可以实
8 W* E. }' {7 D7 Z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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