4。1波特率的产生16

  4。2 状态机接收数据17

  4。3 数据的保存与传递18

4。4 本章小结19

5步进电机驱动设计20

  5。1 步进电机型号介绍20

5。2  基于FPGA的步进电机控制22

5。3 本节小结25

6 实验验证26

7 总结与展望27

致谢 29

参考文献30

1  引言

     步进电机（stepper  motor）是一种开环电机，它将pulse信号转化为线位移或者角位移。步进电机的旋转是以固定的步进量单步运行的，这个步进量被称为“步距角”。我们可以通过控制外部输入到电机驱动器的脉冲数和脉冲频率来控制电机的运转。步进电机作为一种常见的控制执行器件，广泛应用于自动化控制和机床制造设备当中。随着信息化和新材料的发展，步进电机的应用范围也逐渐由工业步进电机向家用民用化发展，在生产生活和工业制造行业都被广泛的应用。

1。1  论文的研究背景

     步进电机作为一种常见的控制元件，在生产生活和工业领域应用很多。它具有的优点是无误差累积，使用便捷，结构简单，后期的维修保养成本低。在工业制造和控制领域中经常可以见到步进电机的身影，例如：激光切割机，包装机，线性运动的工作台，植毛工作台的运动等，凡是涉及到定位的应用场合都有可能用到。同时步进电机也被广泛应用于生活当中的ATM机、喷绘机、刻字机、打印机、传真机等领域，对于一些要求运行平稳、低噪音高扭矩输出、响应速度快的应用场合非常适用。

与日常生活中的无刷电机相比，步进电机具有以下优点：电机停止时具有自锁结构；无误差累积、动态响应速度快、启停简便；易和其他零部件构成系统，集成方便；具有良好的跟随性；步距角摆幅大，可靠性高；可以对多台电机进行联机控制等。尽管步进电机有着众多其他电机无法比拟的优点，但是它的固有缺陷也不可忽略。在这些缺点中，有两点是电机本身固有的无法消除的，只能通过改变驱动方式或控制器来弥补或补偿：一是当输入脉冲的频率跳变较大时会经常出现堵转、丢步和过冲等现象。外部输入的频率如若太高,电机也有可能出现堵转；二是输入较低的频率时，电机虽然运行平稳但是噪音和振动都相对较大。这两个缺点严重影响高精度场合的效果。

步进电机自问世以来在国民经济的各个领域已经被广泛地应用，但是想利用步进电机最大程度的满足设计需求、完成预定的功能却并不容易。与常见无刷电机不同，步进电机的运转不仅仅需要电能，它的控制更涉及电子、自动化、电机、机械及计算机等学科的专业知识，要驱动其正常运转至少要有脉冲信号、方向信号和相应的功率驱动电路，这些信号和电路组合在一起构成的系统才能让其正常运转，达到我们想要的效果。

本文当中，我们设计了基于FPGA的步进电机驱动系统设计。当今社会，随着半导体行业和集成电路的快速发展，FPGA在硬件电路设计方面的表现越来越强劲，逐渐成为嵌入式开发设计的主流。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等硬件可编程逻辑器件基础上发展而起来的，主要应用于硬件电路设计和系统级设计等方面。在本次设计当中，我们采用ALTERA公司的Cyclone IV系列开发板来建立基于FPGA的步进电机的驱动控制。利用FPGA 控制步进电机有以下优势：论文网

(1)  FPGA 内部主频高，常见的FPGA 主频可以达到几百MB，控制实时性强。而常见的单片机控制方式实时控制能力弱，主频只有几十MB。FPGA适用于高速场合，可以并行处理数据，在FPGA 开发板内部集成有多个锁相环和其他的器件，通过合理的配置开发板就可以实现外部时钟的倍频。