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3.2.4 其它输入输出引脚分配18
3.3 元件清单19
4 软件部分设计 20
4.1 关于硬件描述语言 VHDL20
4.1.1 VHDL 简述20
4.1.2 VHDL 特点20
4.1.3 VHDL 工程设计流程20
4.2 总体设计思路21
4.3 整体设计框图21
4.4 各模块介绍及程序编写22
4.4.1 时钟分频模块22
4.4.2 按键消抖模块23
4.4.3 步进电机控制模块24
4.4.4 波形信号发生模块 24
4.4.5 数码管动态扫描显示模块27
5 总结30
附录31
附录 A 系统总体电路图 31
附录 B 系统源程序 32
致谢39
[参考文献] 40
1 绪论
1.1 毕业设计研究的目的和意义 自动控制系统中有一环为执行环节，步进电机可作为执行环节拖动负载，它对研究自动控制系统意义重大。在自动化逐步渗透到各行业各领域的今天，步进电机的使用越来越广泛，越来越多的学者将精力投注于对步进电机本身及其控制和驱动系统的研究之中。虽然国内研究步进电机的水平不如国外那般领先，但也在不断进步着。 大多数步进电机一般采用“CPU+步进电机专用驱动器”模式的工作方式：CPU产生PWM 脉冲控制电机的起动停止、正反转、加减速、运行预置的步数等，专用驱动器完成脉冲分配和功率放大的功能。CPU 可以是单片机、PLC、CPLD等。如今CPLD的发展越来越快，CPLD具有集成度高、价格合理、性能好、开发周期短等优点，这些优点使其在集成电路中的应用越来越广泛，在电子产品的开发中已不可或缺。本文采用 Aitera 公司的 MAX 7000 系列芯片 EPM 7032S[1]设计了一种步进电机控制器，步进电机用于空调内机的摆风电机，预置了五种步数并能正反向旋转。整个控制器结构简单、体积小、移植性较强、大众化通俗易懂，也取得了较好的效果。
1.2 国内与国外的研究动态 国外致力于研究步进电机的进程从未停止，近年来有加快的趋势。目前国外研究的一个主要方向是采用专用芯片控制和驱动步进电机，这样做大大减小了专用驱动器的体积[2]。有两种芯片较为典型：一种芯片以软硬件结合为核心技术实现步进电机的正反转和加减速；另一种芯片的核心技术是细分驱动[2]。而我国目前的研究水平还较低，暂时无法达到国外的技术要求和设计水平。所以对我国的步进电机的研究者和学者们来说一个比较现实的做法就是使用分立元件和中小规模集成电路设计出适应我国发展需求的高性能专用驱动器。 步进电机的控制在微机出现之前用软件是实现不了的，环形分配器就是完全靠硬件设计出来的[3]。环形分配器的状态由来自于数字集成电路的逻辑真值表的“0”“1”值组合形成。用环形分配器控制步进电机时，只要电机一有变化整个硬件电路都需重新设计，特别麻烦。随着微处理器的出现与普及，软件分配器开始占据市场[3]。当电机的类型一改变，或其工作方式一改变，不需要改变整个硬件电路，只需改变软件就能适应这样的改变，可见软件分配器的移植性很强。
1.3 本毕业设计研究内容 本毕业设计研究设计了一种基于 CPLD 的步进电机控制器，其主要内容是： 第一章阐述了控制步进电机的研究背景和国内国外对步进电机驱动控制系统的软硬件研究发展动态，进而提出了本文的研究目的和研究方向。 第二章首先简单介绍了 EDA技术和CPLD 技术；接着提出了设计步进电机控制器的三种方案，进行比较后选择以 CPLD 作为系统的主控制器；并简述本文的控制方案，包括总体思路和系统的结构框图。 第三章为硬件电路设计部分，围绕系统的运行过程介绍了各模块电路的设计，并列出了CPLD 的 I/O 口引脚分配表和元件清单列表。 第四章为软件设计部分，对硬件描述语言 VHDL进行了概述，提出了本方案软件设计的总体思路，再分模块进行程序编写。
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