文档介绍：Design and Research 设计与研究
基于 CPLD 的步进电动机控制电路设计
Design of the Control Circuit of Stepper Motor Based on CPLD
吕化晗
(天津大学)
摘要:文章介绍用 CPLD 完成的一例自动门控制系统中步进电动机控制电路的设计。讲述了电路的结构,
用 VHDL 语言编写了电路程序,并进行了计算机仿真。
关键词:CPLD VHDL 步进电动机控制电路计算机仿真
S5 、S6 的输出端。图 2 为电路基本结构。
1 前言
步进电动机运行时,要求把有相当功率的电脉冲
按要求的逻辑馈送给它的各个控制绕组。此信号输出
一般可通过两种方法完成:单片机输出及硬件电路馈
送。在设计系统时,应尽可能地节省单片机系统资源,
提高系统运行速度,降低制造成本,常用的方法是采用
单片机编程完成。这种方法的优点是减少硬件电路,
但由于占用较多 I/ O 接口,软件运算又要占用时间,必
然比硬件实现慢。而传统的硬件电路又有体积大、不图 2 电路基本结构
易修改等缺点。CPLD (复杂可编程逻辑器件) 的出现在设计中采用绕组不断电,只是改变脉冲的极性
融合了两种控制方法的优点,具有高速、体积小、组合的方法。这种结构的步进电动机相对于每种状态下一
灵活方便等特点,通过程序编写完成硬件设计并有极相通电的电动机,可收到较好的收益,因为有两个绕组
强的仿真系统,可随心所欲地进行设计。此外,还支持同时参与电磁能量转换,而改变通电状态时只涉及一
在线调试,这对于长期从事电路设计调试者来说,极大个绕组,因此电磁时间常数亦大为减小。电动机绕组
地提高了效率。有四种状态,即电流方向有:A-A′ B-B′、A′-A B-B′、
在自动门控制系统设计中,笔者运用 CPLD 设计 A-A′ B′-B 、A′-A B′-B 。每改变一次通电状态,电动
了步进电动机控制电路,并通过计算机仿真证明了设机转过四分之一周期。电动机在顺时针与逆时针任意
计的可行性。周期内的波形如图 3 所示。
2 系统结构
系统结构如图 1 所示。控制电动机的信号由单片
机提供,CPLD 完成一定的逻辑转换功能,并将逻辑信
号馈送给功率放大器,最后由功率放大器输出达到一
定功率的逻辑信号来驱动步进电动机。
图 3 电动机的输入波形
4 程序设计
图 1 系统结构框图我们可以根据电动机所需信号推断 CPLD 的输出
信号。由系统结构图可知,若 S 输出为高,则 HIN 为
3 电路结构
1 ,LIN 为 0 。若电流为 A - A′,则 S3 = 高,S4 = 0V。其
此电动机为四相步进电动机,电动机上 A、A′、B 、它依次类推。LIN 与 HIN 是非的关系。因此可得下
B′分别接到组成功率放大器的四片 2110S 的 S3 、S4 、表。
· 22 · 制造技术与机床
2002 年第 11 期
Design and Research 设计与研究
功率放大器输入/ 输出关系表 when ″10″= > hinE < = ″00″;
when others = > hinE < = ″XX″;
顺时针逆时针