步进电机是一种将脉冲信号转换成角位移的伺服执行器件。其特点是结构简单、运行可靠、混合式步进电机控制方便。

　　尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累，这给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品(打印机、照相机)、工业控制(数控机床、工业机器人)、医疗器械等机电产品中。

　　通常的步进电机控制方法是采用CPU(PC机、单片机等)配合专用的步进电机驱动控制器来实现，混合式步进电机这存在成本较高、各个环节搭配不便(不同类的电机必须要相应的驱动控制器与之配对)等问题。混合式步进电机

　　CPLD器件具有速度快、功耗低、保密性好、程序设计灵活、抗干扰能力强、与外围电路接口方便等特点，越来越多的应用于各种工控、测量、仪器仪表等方面。 同时单片机非常适合应用于需要复杂的控制算法的场合。因此本设计采用的方法是：用单片机采集现场信号后计算出步进电机运转所需的控制信息后，再传给 CPLD，CPLD把接收到的信息转换成步进电机实际的控制信号(运转方向、运转速度)输出给电机的驱动电路。这样的好处是单片机与CPLD各行其是。单 片机可以专注于处理输入信号与输出信息之间的转换等复杂的算法.不必占用过多的CPU资源去直接控制电机，也减小了由此引入干扰的可能性;CPLD只需把 单片机传送过来的信息转换成电机的控制信号。这样就发挥了单片机和CPLD两者的优点。

　　通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当 定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与 脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

　　四个绕组引出四相(相A1相A2相B1相B2)和两个公共线(接到电源的正机)。把绕组的某一相接到电源的地线。这样该绕组就会受到激励。我们采用四相八拍的控制方式，即1相与2相交替导通，这样可提高分辨率。每一步可转0.9控制电机正转的励磁顺序如下表：

　　本方案采用AT89S51作为主控制器件。它与AT89C51兼容，同时还增加了SPI接口和看门狗模块，这不但使程序调试变得方便而且也使程序运行更加 稳定。在方案中该单片机主要实现现场信号的采集并计算出步进电机运转的方向和速度信息。然后传送给CPLD。

　　CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128是可编程的大规模逻辑器件，为ALTERA的MAX7000系列产品。具有高阻抗、电可 擦等特点，可用单元为2500个，工作电压为+5V。CPLD接收到单片机发送过来的信息后，转换成对应的控制信号输出给步进电机驱动器。驱动器则把控制 信号处理后输入电机绕组，实现了电机的有效控制。

　　使用CPLD器件使电路的设计变得十分简洁。我们只需要把CPLD的I/O脚引出来， 接上相应的外围器件就可以了。CPLD与专用数字芯片(如74SC164等)的一个重要区别是其I/O 口的功能可任意在软件上设定，这样在硬件设计中便可只用考虑电源线与地线的分布。以减小高频电流噪声对数据传输的影响。

　　由图可知，单片机每次用P0口发送3个字节的数据(N1、N2分别为速度和方向控制字，N3为和校验字节)，当CPLD检测到EN从高到低的跳变表示传进 数据开始。每个字节的有效数据出现在CLK的上升沿。ACK为CPLD的应答信号。当CPLD接收完数据后进行和校验.如果不对则把ACK拉高。单片机若 检测到ACK为高电平则重新开始送数的过程。CPLD接收到正确的数据后就把它转换成步进电机的物理运动。直到接收到新的控制信息。我们用VHDL语言编 程，并选择EPM7128SLC84-15作为目标器件进行时序仿真和硬件测试。程序的框图如下：

　　单片机是一种非常传统的智能控制器件，无论是智能家电还是消费类产品都有它的身影。CPLD器件在各种场合的应用也越来越广泛。两者有各自的优缺点。单片 机控制功能很强，能完成复杂的数学运算.但是稳定性稍差。CPLD运行速度快。程序不会跑飞。适合产生各种复杂组合逻辑和时序逻辑。可以灵活的定义各个引 脚的与外围电路连接的电气特性等。使用单片机和CPLD联合控制步进电机只是不同类型的器件协同完成同一任务在实际应用中的一个例子。实践证明这种方法是 可取的。
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