随着材料技术、控制技术以及电子技术的进步和发展，步进电机在精确数字控制、工业生产以及机器人研究领域占有重要的一席之地。步进电机具有高精度、快速启停、高分解能力、高响应性等优点。但同时步进电机也存在一些缺点：低速转动时振动和噪声都比较大；输出力矩随着转速的升高而降低；启动频率如果太高，会发生堵转并伴随有呼啸声；速度突变较大时存在丢步和过冲现象；高速运转时输出力矩小。

通过步进电机细分技术，原先步进电机先天具有的特性低频振荡得以完全消除，毫无疑问，细分技术的诞生，将步进电机的稳定性提升到一个新的高层次。在不同的场合，有时系统会要求步进电机工作在共振区，此时将步进电机的步距角进行细分是实现这一目的的唯一手段。在具体参数方面，细分技术的使用，使步进电机的输出转矩得到比较客观的提高，以三相反应式步进电机为例，采用细分驱动之后，其力矩大约提高了30%至40%。由于细分过后减小了电机的步距角、增强了步距均匀度，所以步进电机分辨力可以通过细分来提升是显而易见的。

与单片机相比，采用FPGA控制步进电机的优势：

1）FPGA实时控制能力强于单片机，且FPGA内部有集成锁相环，可提高外部时钟的频率，运行速度明显高于单片机。

2）采用FPGA技术可以有效简化系统设计，更具灵活性，降低开发难度。设计系统过程中，可根据需要再编程再修改。电路需要少量改动时，更能体现出FPGA的优势。

3）单片机执行指令是顺行的，而 FPGA 芯片的指令执行是并行的，因此，FPGA 处理速度更快，工作效率更高。

因此，本设计拟用FPGA技术设计一个步进驱动器，同时具备细分功能，来驱动一个四相步进电机。

本实验研究采用Altera公司的QuartusⅡ软件进行对FPGA的设计和仿真，采用VHDL硬件描述语言进行设计。

1.2  国内外研究情况概述

1.3  论文结构

本文运用FPGA技术控制步进电机，并同时实现细分功能。在查阅了国内外相关文献及技术资料之后，对步进电机的工作原理和控制系统的硬、软件的设计等方面进行相关的探讨和分析。本文主要工作时对步进电机的细分控制进行研究，以下是论文各个章节的内容概要：

第一章为本文绪论，介绍了本设计的研究背景及国内外研究情况；第二章探讨了步进电机原理，同时介绍了常见步进电机的几种类型；第三章在第二章的基础之上更进一步，阐述了步进电机细分器的原理，提出了基于FPGA的细分器系统硬件设计方案；第四章为细分器系统软件电路的设计和实现，在QuartusⅡ环境下对系统各模块进行编程设计，并完成了各部分的仿真。第五章总结概括了本次毕业设计的内容，并展望了未来FPGA技术在步进电机细分控制领域的应用。

 2  步进电机的原理

2.1  步进电机概述

步进电机的诞生与电磁铁的特性密切相关，其最初的行成大约起源于19世纪30年代至60年代内。1870年左右，人们开始意识到步进电机可以用于控制领域，并且作出了一些尝试。之后，步进电机在电气结构中得到应用，并很快在船舶和飞机等一类独立系统之中占据了重要的一席之地。

20世纪60年代末，永磁材料的飞速发展，各式各样的实用型步进电机不断为人们所开发，另一方面，半导体技术的成熟和发展，使得步进电机有了更广阔的用武之地。从发展趋势上看，步进电机已经成为了电机领域的一个重要类型，将会在工业控制等方面扮演越来越重要的角色。