利用FPGA驅動步進電機電機的正反轉，可通過調節PWM的頻率來控制電機的轉速
步進電機
步進電機是将電脈沖信号轉變為角位移或線位移的開環控制電機，是現代數字程式控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置隻取決于脈沖信号的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信号，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運作的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，進而達到準确定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，進而達到調速的目的。
五線四相步進電
機是從兩個線圈中間引出兩根線，作為公共端，是以有5根線。
五線四相步進電機一般采用8拍進行驅動。
verilog代碼實作
//--------------------------------------------------------------
//功能：這是五線四相電機驅動子產品，輸入PWM.DIR,EN就可以控制電機的轉動
//PWM:脈沖數越多電機轉的角度或者圈數越多，PWM的頻率越高，電機轉速越快
//RST_n:低電平下降沿複位
//EN:使能信号
//M_OUT:電機控制時序輸出引腳
//---------------------------------------------------------------
module motor_sig(
PWM, //驅動脈沖輸入，脈沖數決定轉的圈數，脈沖頻率決定轉速
RST_n,//低複位
DIR,//方向
EN,//使能信号，1：有效 0：關閉
//五線四相電機的輸出引腳
M_OUT
);
input PWM,RST_n,DIR,EN;
output [3:0]M_OUT;//【a,b,c,d】
reg [3:0]motor_ctl;
always@(negedge RST_n or posedge PWM)
begin
if(!RST_n)begin
motor_ctl <= 4\'b0000;
end
else begin
if(EN)begin//使能信号有效
if(DIR)begin//CCW
case(motor_ctl)
4\'b0000: motor_ctl <= 4\'b1000;
4\'b1000: motor_ctl <= 4\'b1100;
4\'b1100: motor_ctl <= 4\'b0100;
4\'b0100: motor_ctl <= 4\'b0110;
4\'b0110: motor_ctl <= 4\'b0010;
4\'b0010: motor_ctl <= 4\'b0011;
4\'b0011: motor_ctl <= 4\'b0001;
4\'b0001: motor_ctl <= 4\'b1001;
4\'b1001: motor_ctl <= 4\'b1000;
default:motor_ctl <= 4\'b1000;
endcase
end
else begin //CW
case(motor_ctl)
4\'b0000: motor_ctl <= 4\'b1001;
4\'b1001: motor_ctl <= 4\'b0001;
4\'b0001: motor_ctl <= 4\'b0011;
4\'b0011: motor_ctl <= 4\'b0010;
4\'b0010: motor_ctl <= 4\'b0110;
4\'b0110: motor_ctl <= 4\'b0100;
4\'b0100: motor_ctl <= 4\'b1100;
4\'b1100: motor_ctl <= 4\'b1000;
4\'b1000: motor_ctl <= 4\'b1001;
default:motor_ctl <= 4\'b1000;
endcase
end
end
end
end
assign M_OUT[3:0] = motor_ctl[3:0];
endmodule 仿真結果
四線二相步進電機
這種步進電機相當于五線四相步進電機沒有引出抽頭。如果将五線四相步進電機引出的抽頭不使用。且兩個抽頭沒有連接配接在一起，可以将其作為二相電機使用。
四線二相步進電機的驅動有八拍和四拍的。
八拍驅動時序：
八個狀态：1、在 A 與 A-正電壓，B 與 B-不給電懸空；2、在 A 與 A-正電壓，B與 B-也給正電壓；3、A 與 A-不給電壓懸空，B 與 B-正電壓；4、A 與 A-給負電壓，B與B-給正電壓；5、A與A-給負電壓，B 與B-不給懸空；6、A與A-給負電壓，B與B-給負電壓；7、A 與A-不給電懸空，B 與 B-給負電壓；8、A 與給正電壓，B 與 B-給負電壓；按以上八個狀态輪流供電，控制一下脈寬就可以了。
實作
//--------------------------------------------------------------
//功能：這是四線二相電機驅動子產品，輸入PWM.DIR,EN就可以控制電機的轉動
//PWM:脈沖數越多電機轉的角度或者圈數越多，PWM的頻率越高，電機轉速越快
//RST_n:低電平下降沿複位
//EN:使能信号
//M_OUT:電機控制時序輸出引腳
//---------------------------------------------------------------
module motor_sig_42(
PWM, //驅動脈沖輸入，脈沖數決定轉的圈數，脈沖頻率決定轉速
RST_n,//低複位
DIR,//方向
EN,//使能信号，1：有效 0：關閉
//四線二相電機的輸出引腳
M_OUT
);
input PWM,RST_n,DIR,EN;
output [3:0]M_OUT;//【A+,A-,B+,B-】
reg [3:0]motor_ctl;
always@(negedge RST_n or posedge PWM)
begin
if(!RST_n)begin
motor_ctl <= 4\'b0000;
end
else begin
if(EN)begin//使能信号有效
if(DIR)begin//CCW
case(motor_ctl)
4\'b0000: motor_ctl <= 4\'b1000;
4\'b1000: motor_ctl <= 4\'b1010;
4\'b1010: motor_ctl <= 4\'b0010;
4\'b0010: motor_ctl <= 4\'b0110;
4\'b0110: motor_ctl <= 4\'b0100;
4\'b0100: motor_ctl <= 4\'b0101;
4\'b0101: motor_ctl <= 4\'b0001;
4\'b0001: motor_ctl <= 4\'b1001;
4\'b1001: motor_ctl <= 4\'b1000;
default:motor_ctl <= 4\'b1000;
endcase
end
else begin //CW
case(motor_ctl)
4\'b0000: motor_ctl <= 4\'b1001;
4\'b1001: motor_ctl <= 4\'b0001;
4\'b0001: motor_ctl <= 4\'b0101;
4\'b0101: motor_ctl <= 4\'b0100;
4\'b0100: motor_ctl <= 4\'b0110;
4\'b0110: motor_ctl <= 4\'b0010;
4\'b0010: motor_ctl <= 4\'b1010;
4\'b1010: motor_ctl <= 4\'b1000;
4\'b1000: motor_ctl <= 4\'b1001;
default:motor_ctl <= 4\'b1000;
endcase
end
end
end
end
assign M_OUT[3:0] = motor_ctl[3:0];
endmodule 四拍驅動時序
總結
該子產品可通過控制PWM信号實作電機旋轉角度和旋轉速度的控制，友善使用，移植友善。