基于 FPGA 的步进电机控制器设计
青岛科技大学 金元郁 李勇 李园园
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的特殊电机，每改变一次通
电状态，步进电机的转子就转动一步。目前大多数步进电机控制器需要主控制
器发送时钟信号，并且要至少一个 I／O 口来辅助控制和监控步进电机的运行情
况。在单片机或 DSP 的应用系统中，经常配合 CPLD 或者 FPGA 来实现特定
的功能。本文介绍通过 FPGA 实现的步进电机控制器。该控制器可以作为单片
机或 DSP 的一个直接数字控制的外设，只需向控制器的控制寄存器和分频寄存
器写入数据，即可实现对步进电机的控制。
1 步进电机的控制原理
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，
步进电机就转动一个角度，因此非常适合对数字系统的控制。步进电机可分为
反应式步进电机(简称“VR”)、永磁式步进电机(简称“PM”)和混合式步进电机(简
称“HB”)。
步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，通过输入脉冲信号来进行控制，
即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由各类控制器来产生。其基
本原理作用如下：
① 控制换相顺序，通电换相。这一过程称为“脉冲分配”。例如：四相步进电机
的单四拍工作方式，其各相通电顺序为 A—B—C—D。通电控制脉冲必须严格
按照这一顺序分别控制 A、B、C、D 相的通断，控制步进电机的转向。如果给
定工作方式正序换相通电，则步进电机正转；如果按反序换相通电，则电机就
反转。
② 控制步进电机的速度。如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发
一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整
控制器发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
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