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4.4.3 步进电机控制器整体电路设计 31
4.4.4 系统实物图 32
5 步进电机控制器的实现及仿真 33
5.1 各模块元器件生成 33
5.2 系统功能图整体设计 34
5.3 系统仿真测试 34
5.4 引脚锁定与硬件实现 36
5.4.1 引脚锁定 36
5.4.2 硬件连接 37
5.4.3 编译文件下载 37
5.4.4 硬件调试 38
6 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
致谢 42
参考文献 43
附录 44
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
电机是工业发展过程中不可或缺的一大要素，并担当着非常重要的角色。随着科技的不断发展，如今电机不仅被应用于动力方面，更是被广泛应用于控制领域。
步进电机是一种控制电机，不使用反馈回路，就能进行速度控制及定位控制，即所谓的电机开环控制[1]。它将电脉冲信号变成角位移，根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定的角度（称为“步距角”）。当步进电机要以一定速度运行时，只要给它一定频率的连续脉冲，就可以控制步进电机加速、减速、制动等运动过程。同时通过增加或减少给它的脉冲个数可以精确地控制角位移量，从而实现步进电机的准确定位。由于步进电机的位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，而且整个系统简单价廉，因此被广泛用于工业领域。
采用FPGA技术控制步进电机，可以利用其硬件描述语言（VERLIOG或VHDL）或原理图等设计方法使电路设计与调试过程更加简单。当设计完成后，可以直接通过FPGA软件自带的仿真器或者其他仿真软件进行仿真，从而验证设计是否达到了所要求的功能。最后将生成的文件烧写入硬件设备进行调试。如果得到的结果与要求有差距，可以不必改动硬件电路，直接在软件上进行调试，直到得到满意的结果。而且FPGA分层模块化的设计理念使得系统设计更加灵活，有利于步进电机的运动控制。
1.2 课题研究现状及发展趋势
步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，适合应用于各种开环控制。今日，步进电机已广泛的运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性等灵活控制性高的机械系统中了。