0引言

　　數(shù)控技術(shù)是以數(shù)字量編程實現(xiàn)控制機械或其他設(shè)備自動工作的技術(shù)，數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。機床數(shù)控系統(tǒng)主要由幾個部分組成：零件加工程序的輸入、數(shù)據(jù)處理、插補計算和運動機構(gòu)的控制。本文主要介紹最后一個部分運動機構(gòu)的控制，即如何控制電機的動作?？蛇x的電機有很多種，在這里我們選擇步進電機。

　　步進電機是數(shù)字控制電機，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的精密執(zhí)行元件。它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的，每給步進電機發(fā)一個脈沖電機就旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，只要脈沖數(shù)發(fā)的正確，電機就能走到位，無累積誤差，所以對步進電機的控制可以采用開環(huán)控制方法。如何精確且經(jīng)濟的控制步進電機成為廣大研究人員探討的課題。本文將采用CPLD來實現(xiàn)對步進電機的控制。并最終通過實驗仿真結(jié)果。

　　1步進電機驅(qū)動原理

　　步進電機的驅(qū)動是靠給步進電機的各相勵磁繞組通電，實現(xiàn)步進電機內(nèi)部磁場方向的變化來使步進電機轉(zhuǎn)動的。設(shè)我們所用的步進電機是四相的，這四相分別為A，B，C，D，對應于四對磁極。每個磁極的內(nèi)表面都分布著大小，齒間距相同的多個小齒（不同的步進電機，小齒的個數(shù)不同），假設(shè)Ⅳ為轉(zhuǎn)子中小齒的個數(shù)。當這4相按A—B—C—D的順序通電時，步進電機的內(nèi)部磁場變化一周（360°），此種通電方式為單相四拍通電方式，此時步進電機的步距角：

　　θ=90°／N

　　若N=50，則θ=1．8°

　　如果選擇的通電順序為A—AB—B—BC—C—CD—D—AD，此種通電方式為雙相八拍通電方式，此時步進電機的步距角為：

　　θ=45°／N

　　若N=50，則θ=0．9°

　　步距角是步進電機一次能轉(zhuǎn)過的最小角度，電機的步距角越小，說明電機走的越精確，所以本文選擇驅(qū)動電機通電的方式為雙相八拍通電方式。

　　2設(shè)計方案

　　一個完整的，控制精度高的步進電機控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。CPLD和步進電機的驅(qū)動器相連，驅(qū)動器把CPLD輸出的信號放大后送入步進電機，由于數(shù)控機床的各個軸是靠電機的轉(zhuǎn)動來帶動的，所以電機的轉(zhuǎn)動帶動相應軸的動作。

　　各組成模塊功能描述如下：

　　2．1CPLD模塊

　　使用CPLD來控制步進電機實現(xiàn)電機的啟動、停止以及正反轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的方式是用單片機來控制步進電機，但是在一個數(shù)控系統(tǒng)中單片機要做的工作很多，比如單片機既要控制步進電機還要接受上位機的數(shù)據(jù)做相應的運算，還要控制顯示模塊，以及報警處理等，如果改用CPLD來驅(qū)動步進電機則可以減輕單片機的負擔。用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷鳛?a target="_blank">控制器，可以反映出CPLD在控制方面起到較高的作用，而不是僅僅作為邏輯器件來使用。并且CPLD具有較為經(jīng)濟的價格。

　　另外CPLD的外圍接口也較多，比如以ALTERA公司生產(chǎn)的EPM7032為例，它的I／O口有36個，內(nèi)部的邏輯門有600多個，除了驅(qū)動步進電機所用的資源外，其余剩余的資源還可在系統(tǒng)中做其他用途。

　　在實際電路板設(shè)計階段，如果用傳統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計電路必須首先決定使用的器件類別和規(guī)格，然后從繪制硅片版圖開始，逐級向上，直至整個系統(tǒng)的設(shè)計。在這個過程中如果有哪一級發(fā)生問題必須返工重來，整個電路板將報廢。但是如果使用CPLD，設(shè)計方法是自頂向下的設(shè)計方法，就是在整個設(shè)計流程中各設(shè)計環(huán)節(jié)逐步求精的過程。比如在我們設(shè)計的一開始就可以先把CPLD和驅(qū)動器相連，再通過軟件的設(shè)置來利用到我們已經(jīng)連好的引腳，如果程序出現(xiàn)錯誤，可以同過ISP（在系統(tǒng)可編程的方法）把新的程序裝載到CPLD中，而不用更換電路板。

　　2．2驅(qū)動器模塊

　　步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器，由于CPLD輸出的信號還不足以驅(qū)動電機使電機轉(zhuǎn)動，所以在CPLD和步進電機之間要連接驅(qū)動器，放大CPLD輸出的信號。CPLD每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。因而控制送入步進電機脈沖頻率，可以對電機進行調(diào)速。脈沖發(fā)的快電機運行的快，脈沖發(fā)的慢電機運行的慢。對于電機轉(zhuǎn)速的控制可以間接通過調(diào)整對送入CPLD中CLK脈沖的頻率來實現(xiàn)；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機進行精確定位。