步进电机定位控制系统设计.docx

步进电机定位控制系统设计课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导老师：工作单位：题目:步进电机定位控制系统设计初始条件：1.具备电子电路的基础知识及查阅资料和手册的能力；2.熟悉ISE仿真软件的操作与运用；3.把握步进电机的工作原理。要求完成的主要任务:1.设计一个基于FPGA的4相步进电机定位控制系统，包括步进电机方向设定电路模块、步进电机步进移动与定位控制模块和编码输出模块。2.撰写符合学校要求的课程设计讲明书。时间安排：1、2021年06月11日，布置课设详细施行计划与课程设计报告格式的要求讲明。2、2021年06月12日至2021年06月17日，设计讲明书撰写。3、2021年06月18日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导老师签名：年月日系主任或责任老师签名：年月日目录摘要.IAbstract.II1设计目的及简介(1)1.1设计目的(1)1.2步进电机简介(1)2VHDL语言介绍(2)3Quartus介绍(3)4系统组成(4)4.1四相步进电机工作原理(4)4.2系统组成(6)5模块设计(7)5.1FPGA模块图及信号讲明(7)5.2系统模块构成(7)5.3各模块间整体分享的电路内部传递信号(7)5.4电机方向设定电路模块(8)5.5步进电机步进移动与定位控制模块(9)5.6编码输出模块(9)6程序设计与仿真(10)7仿真结果(16)8实验总结(18)参考文献(19)摘要在分析了步进电机工作原理的基础上，提出了步进电机定位控制系统的模块划分和实现方法。以步进电机四相四拍工作方式为例，用Verilog编程在Altera公司的FPGA开发系统中实现了各功能模块和显示程序。在系统仿真的基础上，进行了功能模块的控制实验，实验结果和仿真一致，实现了对步进电机模组的预定控制。关键词：步进电机定位控制Verilog硬件描绘语言FPGAAbstractOnthebasisofanalysingsteppingmotorsoperationalprinciple，weputforwardmodulesdivisionandrealizingmethodofpositioningcontrolsystemwhichusingsteppingmotor.GivinganexamplesuchassteppingmotorswhichworkinFour-phase-four-stepmode，weuseVerilogprogrammingrealizedeveryfoundationalmoduleanddisplayroutineinAlterasFPGAdevelopmentsystem.Onthebasisofsystemsimulation，weconductacontrollingexperimentaboutfoundationalmodules，theresultsarethesameassimulationsresults.Wecarriedouttheexpectedcontrolaboutsteppingmotor.Keyword:steppingmotorpositioningcontrolVHDLFPGA1设计目的及简介1.1设计目的设计一个基于FPGA的4相步进电机定位控制系统。1.2步进电机简介步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只要周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。2VHDL语言介绍VHDL的英文全名是Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确以为标准硬件描绘语言。VHDL主要用于描绘数字系统的构造，行为，功能和接口。除了含有很多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描绘风格与句法是特别类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序构造特点是将一项工程设计，或称设计实体能够是一个元件，一个电路模块或一个系统分成外部或称可视部分，及端口和内部或称不可视部分，既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就能够直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。VHDL语言能够成为标准化的硬件描绘语言并获得广泛应用，它本身必然具有很多其他硬件描绘语言所不具备的优点。归纳起来，VHDL语言主要具有功能强大，设计方式多样；硬件描绘能力强大；具有很强的移植能力；设计描绘与器件无关程序易于分享和复用等优点。