基于FPGA的步进电机优化控制方案

该控制系统中采用总线控制方式，利用片选信号依次控制4路PWM锁存器的通断，这样可以简化硬件电路和软件设计。以A相控制为例，当片选A为高电平而其他几路片选为低时，A路PWM锁存器工作而其他几路PWM锁存器休眠。根据公式(8)计算出细分的电流分配系数，进而转化成控制PWM信号的占空比，同时开通几路锁存器，通过锁存器输出驱动步进电机。

3步进电机细分控制软件的设计

本设计中采用QuartusⅡ软件开发平台和Verilog设计语言进行控制软件的设计。系统中需要在FPGA内利用线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Registers)来实现随机数的产生，控制步进电机的随机取样转动，本系统中最核心的PWM控制模块设计如下：

4 系统测试

系统设计完成后，对整个系统进行测试和检验。PWM控制系统的仿真结果如图5所示，观察仿真输出波形可知控制脉冲输出正确。将程序固化到FPGA硬件中之后，将被控的四相反应式步进电机连接上，并通过串口将FPGA与上位机相连，由上位机输出命令控制步进电机的转速、转向、转动角度等。

5 结语

验证结果表明，该控制系统实现了步进电机等步距角的16级细分，并通过人机交互实现了任意改变各相顺序的主要技术指标，控制精度高，可靠性强。