一種帶有限位功能的步進電機控制器

圖4中，測試臺首先設(shè)置爬山復位(reset_tri)為有效，邏輯發(fā)生器開始輸出驅(qū)動邏輯，直到限位信號(limit)下降沿到來，A/B/C/D恢復為0；接著置手動觸發(fā)信號(manual)有效，邏輯發(fā)生器在輸出手動控制模塊預(yù)置的7次驅(qū)動邏輯轉(zhuǎn)換后，A/B/C/D恢復為0；然后向自動步數(shù)(data)寫入數(shù)據(jù)’00001001’，邏輯發(fā)生器輸出了9次邏輯轉(zhuǎn)換；在手動和自動控制過程中，測試臺在邏輯輸出過程中插入了有效的限位信號。由圖4可以看出，在1600 ns和3 μs 處，驅(qū)動邏輯的轉(zhuǎn)換方向發(fā)生了變化；最后，向data寫入數(shù)據(jù)’00000100’，驅(qū)動邏輯重新開始輸出，輸出過程中遇到停止信號(hold)有效，強制輸出A/B/C/D為0。仿真結(jié)果表明所設(shè)計的步進電機控制器的功能正確。
3.2 實驗驗證
步進電機控制器的實驗驗證電路如圖5所示。嵌入Nios II處理器的片上可編程系統(tǒng)(SoPC)在ALTERA DE2開發(fā)板的FPGA中建立，同時設(shè)計了位置感應(yīng)電路和功率驅(qū)動電路，用來驗證復位和限位功能以及驅(qū)動步進電機。

位置感應(yīng)電路如圖6所示。采用光電開關(guān)(optoiso)作為限位信號傳感器，當調(diào)焦鏡頭在設(shè)定區(qū)域內(nèi)運行時，限位傳感器輸出高電平信號，到達邊界時則輸出低電平信號。光電開關(guān)輸出的電平信號經(jīng)存儲后，輸出限位信號LIMIT。
步進電機的功率驅(qū)動電路如圖7所示，圖中A/B/C/D是步進電機控制器輸出的邏輯電平信號，經(jīng)存儲后送入BA6845FS進行功率轉(zhuǎn)換，而功率芯片的輸出端口直接與二相四線制步進電機的繞組控制線相連。

完成功率電路和位置反饋電路制作后，把它們連接在DE2開發(fā)板上。將步進電機控制器與Avalon總線信號連接后添加到Nios II系統(tǒng)集成工具SoPC Builder中，然后添加其他Nios II系統(tǒng)模塊構(gòu)成一個SoPC并下載到FPGA。最后編寫面向Nios II處理器的步進電機控制程序，其中手動控制采用按鍵中斷方式。通過程序向步進電機發(fā)送自動和手動以及復位控制命令，驗證步進電機的運行狀況。實驗結(jié)果表明，步進電機可以響應(yīng)自動控制和手動微調(diào)請求，同時有效的限位信號可以復位調(diào)焦鏡頭到達爬山起始位置和限定鏡頭的移動范圍。
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