專利名稱：基于cpld的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器，是 一種兩相混合式步進電機控制器。
背景技術：
步進電機作為伺服機構的關鍵部分，對于高精度控制系統(tǒng)，一般采用電流控制方 式的驅(qū)動系統(tǒng)，以細分驅(qū)動為最佳控制方式。目前最常用的是采用單片機設計步進電機控 制器，優(yōu)點是價格低廉，有成熟的技術和豐富的資源，但匯編語言的編寫有一定的難度，且 程序可讀性不強。采用DSP也能實現(xiàn)多細分高速控制，但是DSP軟件程序是順序執(zhí)行的，而 CPLD是硬件連接，外接相同的晶振，能達到的最高速度比DSP要高很多。FPGA和CPLD —樣， 產(chǎn)品高度集成化、系統(tǒng)化，縮短和簡化硬件設計和升級的過程，能實現(xiàn)多細分高速控制，但 是FPGA的內(nèi)部資源很豐富，資源得不到充分的利用，有些浪費。從搜索到的論文看，有不少 采用單片機和CPLD組合使用設計步進電機控制器，CPLD在系統(tǒng)中只做簡單的組合邏輯使 用，還有一部分雖然也采用CPLD單獨做為主控芯片，但采用的大都是是MAX3000和MAX7000 系列的CPLD，由于此類芯片內(nèi)部資源有限，實現(xiàn)的功能只是簡單的運行，不能實現(xiàn)高達128 細分的運行方式。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術問題 為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種基于CPLD的兩相混合式步進電
機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器， 技術方案 —種基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于包 括復位開關、晶振電路、隔離電路、細分數(shù)選擇開關、正反轉(zhuǎn)開關、起動停止開關、CPLD主控 芯片、DA轉(zhuǎn)換電路、電流檢測過流保護電路、電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路；外部脈沖 通過隔離電路將5V轉(zhuǎn)換為3. 3V，輸出控制CPLD主控芯片；CPLD主控芯片根據(jù)細分數(shù)選擇 開關、正反轉(zhuǎn)開關或起動停止開關的信號，在晶振電路輸出的時鐘信號控制下輸出細分數(shù) 據(jù)的量化值至DA轉(zhuǎn)換電路；DA轉(zhuǎn)換電路根據(jù)電流給定電路輸出模擬轉(zhuǎn)換后的信號至2路 恒流驅(qū)動電路；2路恒流驅(qū)動電路將檢測的兩相混合式步進電機電流轉(zhuǎn)換的電壓與DA轉(zhuǎn)換 電路的輸出電壓進行比較，控制電機繞組上電壓的開通與關斷；電流檢測過流保護電路將 兩相混合式步進電機中繞組信號與本電路保護電壓進行比較，做出是否保護的邏輯信號送 至CPLD主控芯片。 所述的細分數(shù)選擇開關為整步、2細分、4細分、8細分、16細分、32細分、64細分和 128細分。 所述的DA轉(zhuǎn)換電路采用NJU39610D2。
有益效果 本發(fā)明提出的基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器，本系 統(tǒng)采用Altera公司的MAX II系列CPLD EPM570T100C3，其與FPGA的內(nèi)部結構非常接近，在 小規(guī)模的時序邏輯中使用更為方便實用，結構簡單，且CPLD內(nèi)部是硬件實現(xiàn)，速度很快，配 以DA轉(zhuǎn)換電路和恒流驅(qū)動電路，完全能實現(xiàn)步進電機的多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制。在相同時 鐘下單獨采用CPLD做主控芯片比采用DSP、單片機速度快；比FPGA節(jié)省資源，且結構簡單， 無需外配配置芯片；單獨做為主控芯片，不與其他數(shù)字處理芯片配合使用，結構簡單。


圖1 :本發(fā)明控制系統(tǒng)實施例的方框圖
圖2 :脈沖輸入及隔離電路圖
具體實施例方式
現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述 參見圖l，如其中的實施例所示，基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)包括脈沖輸入、控制器和兩相混合式步進電機?？刂破靼ㄒ粋€復位開關， 晶振電路，脈沖輸入隔離電路，三個細分數(shù)選擇開關， 一個正反轉(zhuǎn)開關， 一個起動停止開關， CPLD主控芯片，DA轉(zhuǎn)換電路，電流檢測過流保護電路，電流給定電路，恒流驅(qū)動電路。
隔離電路采用芯片ADUM1200, CPLD主控芯片采用EPM570T100C3， DA轉(zhuǎn)換電路采用 NJU39610D2DA轉(zhuǎn)換芯片，恒流驅(qū)動電路采用驅(qū)動芯片LMD18245T。 電路聯(lián)接關系為外部脈沖輸入隔離電路，隔離電路聯(lián)接CPLD主控芯片；CPLD主 控芯片分別聯(lián)接細分數(shù)選擇開關、正反轉(zhuǎn)開關、起動停止開關、電流檢測過流保護電路、DA 轉(zhuǎn)換電路和晶振電路；DA轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路，2路恒流驅(qū)動電 路聯(lián)接兩相混合式步進電機的繞組；電流檢測過流保護電路聯(lián)接兩相混合式步進電機的繞 組。 參見圖l和圖2，詳細說明本發(fā)明所述控制器的工作流程。外部脈沖輸入連接到隔 離電路隔離芯片ADUM1200的3腳，經(jīng)隔離電路，脈沖信號電壓經(jīng)濾波處理，電壓值由5V轉(zhuǎn) 換為3. 3V，從隔離芯片ADUM1200的6腳輸出，連接到CPLD， CPLD采用EPM570T100C3， CPLD 內(nèi)部資源根據(jù)程序布局布線，形成期望的電路。該電路根據(jù)細分數(shù)選擇開關、正反轉(zhuǎn)開關、 起動停止開關的信號，晶振電路輸出的時鐘信號，在脈沖輸出的和晶振電路輸出時鐘信號 的控制下，輸出數(shù)字量細分數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為正弦和余弦波形數(shù)據(jù)的量化值，兩路數(shù)據(jù)分時輸 出。該量化值輸出到DA轉(zhuǎn)換電路，該電路采用NJU39610D2DA轉(zhuǎn)換芯片，該芯片是專門為 兩相步進電機細分驅(qū)動而設計的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器， 一片NJU39610D2內(nèi)部具有兩路D/A轉(zhuǎn)換， 7位分辨率，以及電流方向控制Sign輸出，根據(jù)電流給定電路給定的電壓值，輸出相應大小 的模擬值。該模擬值輸出到恒流驅(qū)動電路，恒流驅(qū)動電路采用專用驅(qū)動芯片LMD18245T為 核心，該電路根據(jù)從兩相混合式步進電機檢測的電流值轉(zhuǎn)換成電壓值，與D/A輸出的模擬 值進行比較，若檢測出的電流轉(zhuǎn)換值大于D/A輸出的模擬值，電路截止加在電機繞組上的 電壓，反之，導通加在電機繞組上的電壓。這樣，D/A電路輸出不同的D/A輸出的模擬值，繞 組中就流過不同的電流值，電機繞組上流過的電流的大小始終與D/A電路輸出的模擬值保持恒定的比值關系。電流檢測過流保護電路是對電機繞組中流過的電流進行實時檢測，轉(zhuǎn) 換成電壓值，與一計算好的定電壓進行比較，當此電壓大于定電壓時，保護信號輸出為高電 平，當此電壓小于定電壓時，保護信號輸出為低電平，此保護信號輸入到CPLD，電機的兩相 保護相互獨立，兩路保護信號進行或邏輯，無論是哪一路有一定寬度的高電平，CPLD就執(zhí)行 保護操作，復位NJU39610D2DA轉(zhuǎn)換芯片。 參見圖1，本控制器主控芯片采用CPLD EPM570T100C3，充分利用片內(nèi)資源，且外部 電路簡單，可靠性高，控制程序在片內(nèi)通過布局布線實現(xiàn)硬件連接，速度快，實現(xiàn)電機的高 速控制，整步、2細分、4細分、8細分、16細分、32細分、64細分、12S細分狀態(tài)運行。
參見圖2，包括脈沖輸入，隔離電路。該隔離電路包括一個電容C1，一個電阻R1，一 個電阻R2，一個電容C2和脈沖輸出。電阻R1起限流作用，電阻R2起消除干擾作用。在沒 有電阻R2的情況下，關掉外部信號發(fā)生器的脈沖輸入，電機有時候會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，電機繼續(xù) 轉(zhuǎn)動時在脈沖輸出檢測到方波輸入，證明有干擾信號。加上電阻R2，關掉外部信號發(fā)生器的 脈沖輸入，并反復試驗多次，電機均停止轉(zhuǎn)動，在脈沖輸出檢測不到信號，證明干擾信號消 除。
權利要求
一種基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器，其特征在于包括復位開關、晶振電路、隔離電路、細分數(shù)選擇開關、正反轉(zhuǎn)開關、起動停止開關、CPLD主控芯片、DA轉(zhuǎn)換電路、電流檢測過流保護電路、電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路；外部脈沖通過隔離電路將5V轉(zhuǎn)換為3.3V，輸出控制CPLD主控芯片；CPLD主控芯片根據(jù)細分數(shù)選擇開關、正反轉(zhuǎn)開關或起動停止開關的信號，在晶振電路輸出的時鐘信號控制下輸出細分數(shù)據(jù)的量化值至DA轉(zhuǎn)換電路；DA轉(zhuǎn)換電路根據(jù)電流給定電路輸出模擬轉(zhuǎn)換后的信號至2路恒流驅(qū)動電路；2路恒流驅(qū)動電路將檢測的兩相混合式步進電機電流轉(zhuǎn)換的電壓與DA轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓進行比較，控制電機繞組上電壓的開通與關斷；電流檢測過流保護電路將兩相混合式步進電機中繞組信號與本電路保護電壓進行比較，做出是否保護的邏輯信號送至CPLD主控芯片；所述的CPLD主控芯片采用EPM570T100C3；所述的恒流驅(qū)動電路采用LMD18245T。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器， 其特征在于所述的細分數(shù)選擇開關為整步、2細分、4細分、8細分、16細分、32細分、64細 分和128細分。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于CPLD的兩相混合式步進電機多細分高速恒轉(zhuǎn)矩控制器， 其特征在于所述的DA轉(zhuǎn)換電路采用NJU39610D2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種步進電機多細分恒速轉(zhuǎn)矩控制器，技術特征在于外部脈沖輸入隔離電路，隔離電路聯(lián)接CPLD主控芯片；CPLD主控芯片分別聯(lián)接細分數(shù)選擇開關、正反轉(zhuǎn)開關、起動停止開關、電流檢測過流保護電路、DA轉(zhuǎn)換電路和晶振電路；DA轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路，2路恒流驅(qū)動電路聯(lián)接兩相混合式步進電機的繞組；電流檢測過流保護電路聯(lián)接兩相混合式步進電機的繞組。本發(fā)明結構簡單，無需外配配置芯片；單獨做為主控芯片，不與其他數(shù)字處理芯片配合使用，結構簡單。
文檔編號H02P8/14GK101741304SQ20101001364
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2010年1月21日
發(fā)明者劉景林, 吳喜橋, 韓英桃 申請人:西北工業(yè)大學