基于FPGA的多轴步进电机控制系统

发布时间：2021-02-17 17:01

　　观测技术及仪器的进步推动了太阳物理的研究,步进电机是各类观测仪器精密结构调整部件中经常采用的驱动源,步进电机控制系统的性能直接影响太阳望远镜的数据精度和时间分辨率。介绍了一套怀柔太阳观测基地自主研制的多轴步进电机控制系统。该系统以现场可编程门阵列为核心控制器,利用中断处理机制及输入/输出寄存器产生多路晶体管-晶体管逻辑电平（TTL）方波信号,结合驱动器实现多轴步进电机控制;通过周期信号化简处理算法缩短电机调整时间;以霍尔器件作为位置传感器实现系统闭环控制,通过对霍尔信号的软、硬件滤波处理,提高信号识别的准确率;设计了板载存储电路,实时保存系统关键参数,大幅提高系统整体的可靠性。同时,该系统设计了丰富的输入/输出接口、通讯接口,提高系统的可集成性。目前该系统已在多台太阳望远镜中投入使用。 

【文章来源】：天文研究与技术. 2020,17(02)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

系统结构示意图

对设计完成的步进电机控制器硬件电路进行装配集成(图2)。控制器包括48路信号输出端口、20路中断信号输入端口以及8路自定义扩展口。最高可实现14路步进电机同步控制。2 系统软件设计

2.2 位置信息存储为提高嵌入式系统的集成度,本文在硬件设计部分加入了外置存储芯片,用于保存步进电机的位置信息。存储芯片选用FM25L256型铁电存储器,支持串行外设接口(Serial Peripheral Interface, SPI)总线通信协议,存储器阵列为8 × 237 68 bit共256 KB。在软件设计中编写对应芯片驱动模块,以实现数据的读写操作。驱动指令由8位操作代码、16位地址码以及数据构成。设计时需申请临时数据存储空间,用于存放读出或写入的数据。为方便其他函数的调用,将该驱动代码部分封装为独立的模块,并留出相应的数据接口及操作模式接口。当步进电机位置变动时,对其变动后的新位置进行存储。控制器断电重启时,自动读取断电前保存的位置信息。除此之外,还可根据不同项目需求对其他配置信息进行存储,例如滤光器控制中的线心位置信息存储以及定天境轴系控制中的恒动、快动以及慢动速度值的存储。

【参考文献】：
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本文编号：3038276