基于FPGA的toyo滑臺設計

近年來(lái)，3D打印機風(fēng)潮席卷全球，小到機械零件，大到房屋建筑，都可以通過(guò)3D打印機完成。3D打印機以數字模型文件為基礎，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構造物體。受3D打印機工作方式的啟發(fā)，toyo公司以FPGA為控制芯片，以步進(jìn)電機為驅動(dòng)電機，完成一個(gè)通過(guò)算法繪制圖像的toyo滑臺設計。

一、系統總體設計

toyo滑臺系統包括電機控制和路徑規劃兩部分，根據驅動(dòng)板與電機參數產(chǎn)生的相應脈沖控制電機。電機運行的軌跡分為直線(xiàn)和曲線(xiàn)兩種，在給定坐標點(diǎn)的情況下，通過(guò)逐點(diǎn)比較插補法進(jìn)行路徑規劃，完成指定圖像繪制。

二、FPGA對步進(jìn)電機的控制

toyo滑臺設計采用常用計算機的光驅步進(jìn)電機，即兩相四線(xiàn)步進(jìn)電機，易于控制且工作性能穩定。電機驅動(dòng)板采用帶有A4988芯片的帶轉換器和過(guò)流保護的DMOS微步驅動(dòng)器，該產(chǎn)品可在全、半、1/4、1/8及1/16步進(jìn)模式時(shí)操作雙級步進(jìn)電機。toyo滑臺的轉換器是A4988易于實(shí)施的關(guān)鍵，只要在“步進(jìn)”輸入中輸入下一個(gè)脈沖，即可驅動(dòng)步進(jìn)電機產(chǎn)生微步，故FPGA只需向驅動(dòng)板輸入連續脈沖即可。設定toyo滑臺步進(jìn)電機轉動(dòng)一圈的時(shí)間為0.8 s，由于提供的FPGA晶振為50 MHz，故只需做一個(gè)6×105分頻的分頻電路即可，在此不再贅述。

toyo滑臺是一種集FPGA、步進(jìn)電機和滑臺導軌為一體的圖像繪制方案。它將兩相四線(xiàn)步進(jìn)電機和由亞克力材質(zhì)制定的小型電機支架作為硬件支撐。為完成二維平面上的作業(yè)，toyo滑臺設計包括還兩個(gè)平面內移動(dòng)的步進(jìn)電機，一個(gè)電機帶動(dòng)繪圖使用的鉛筆，另一個(gè)電機帶動(dòng)載有放置紙張的平臺，兩個(gè)電機同時(shí)工作，使鉛筆在紙張上完成繪制。由FPGA通過(guò)驅動(dòng)板給兩個(gè)電機輸入設定脈沖以控制步進(jìn)電機，同時(shí)運用逐點(diǎn)比較插補法對路徑進(jìn)行規劃。