基于Nios II的步进电机细分控制系统设计与研究

摘要

步进电动机作为机电一体化的关键部件，在生产和生活中广泛应用。近年来，电子技术、计算机技术和电力电子技术的快速发展，推动了步进电动机控制技术的发展。
　　 本文从步进电动机控制的实际需求出发，结合步进电动机控制系统的现状，运用System On Programable Chip(SOPC)技术对步进电动机控制系统的实现方案和相关技术进行了研究。
　　 文章阐述了步进电动机控制的相关技术及其研究现状，以混合式步进电动机为控制对象，分析了步进电动机的工作原理及其驱动方式。分析研究了步进电动机控制系统的基本需求和功能，在此基础上，提出了一种基于SOPC技术和NiosⅡ软核处理器的步进电动机控制系统设计方案，并利用相关的开发工具，完成了步进电动机控制系统中NiosⅡ处理器系统的软、硬件设计。
　　 在此基础上，应用步进电动机细分驱动的原理，设计了基于NiosⅡ的步进电动机细分控制系统，使用Verilog HDL设计了该系统的所有模块并在QuartusⅡ中完成了该系统的构建，并且设计了电动机驱动电路。该设计以基于NiosⅡ的SOPC技术为核心，构建了步进电动机控制系统的软、硬件系统，既充分发挥FPGA设计的灵活性，又显著缩短了开发周期。
　　 然后，基于硬件抽象层系统库(HAL)规范，探讨了NiosⅡ的软件平台的构建技术和方法，并给出了控制系统的主程序、电动机运行程序和按键监控程序的设计，构建了步进电动机细分控制系统的软件平台。
　　 仿真实验结果表明，本文设计的基于NiosⅡ的步进电动机细分拉制系统基本达到了预期功能。
　　 综上所述，本文主要研究了FPGA嵌入NiosⅡ软核的步进电机控制系统的实现技术，对于SOPC技术应用和步进电机控制等具有一定的借鉴意义和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 步进电动机概述

1.3 NiosⅡ嵌入式系统组成

1.3.1 嵌入式系统简介

1.3.2 NiosⅡ处理器系统

1.4 研究的主要内容

1.5 本文的主要工作和内容安排

第二章 步进电动机驱动控制系统

2.1 引言

2.2 混合式步进电动机的结构和工作原理

2.2.1 两相混合式步进电动机的结构

2.2.2 两相混合式步迸电动机的工作原理

2.2.3 两相步进电动机的绕组通电方式

2.3 步进电动机的驱动系统

2.3.1 单电压驱动

2.3.2 双电压驱动

2.3.3 斩波驱动

2.3.4 细分驱动

2.4 步进电机开环控制系统

2.5 本章小结

第三章 步进电动机控制器设计

3.1 引言

3.2 控制器的硬件平台构建

3.2.1 SOPC硬件设计流程

3.2.2 SOPC硬件开发工具

3.2.3 步进电动机控制器硬件系统

3.3 控制器的软件设计

3.3.1 NiosⅡIDE集成开发环境

3.3.2 NiosⅡ处理器软件架构

3.3.3 控制器的软件结构

3.4 试验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 步进电动机细分控制系统设计

4.1 引言

4.2 步迸电动机细分控制器总体设计

4.3 步进电动机细分控制器的硬件平台构建

4.3.1 NiosⅡ处理器软核

4.3.2 细分等级设定模块设计

4.3.3 ROM(Read-Only Memory)模块设计

4.3.4 D/A转换模块

4.3.5 PWM控制器电路设计

4.3.6 H桥模块

4.4 细分控制器软件设计

4.5 试验结果与分析

4.6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加的项目和发表的论文