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논리회로설계실험

Stepping MotorStepping Motor


Contents

Stepping Motor 실습내용 PROM 이용하기

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스텝모터의 특징 권선에 전류를 흐르게 하여 자기장을 발생시켜 모터를 회전 회전 각도는 입력 펄스 신호수에 비례 회전 속도는 입력 펄스 주파수에 비례 고토크 , 고속응답 미세각 , 고정밀도 특정 주파수에서 진동 , 공진이 발생하기 쉬움 관성이 있는 부하에 약함 고속 운전시 탈조가 발생하기 쉬움

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스텝모터 구동 시스템 제어회로 : 스텝 모터 구동을 위한 제어 신호 생성 구동회로 : 제어 신호를 받아들여 스텝 모터의 권선으로 전류 공급 구동방식

유니폴라 (unipolar) : 권선에 한쪽방향으로만 전류가 흐름 바이폴라 (bipolar) : 권선의 양쪽방향으로 모두 전류가 흐름ㅁ

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제어 회로

구동 회로

스텝 모터


Unipolar Stepping MotorUnipolar Stepping Motor

유니폴라 구동 스텝모터 권선의 중앙에 공통 (common) 전원 단자가 있는 스텝모터의 구동

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A

전원

A

B

전원

B

로 터

A

B

A

B회전자

A상

A상

B상 B상

공통

공통



트랜지스터를 이용한 유니폴라 구동회로 트랜지스터가 Off 이면 전류가 흐르지 않음 전류가 흐를때는 방향이 일정 다이오드는 역기전력으로부터

모터를 보호하기 위한 용도

A, B, /A, /B 에 HIGH 를 인가 해당 트랜지스터가 On 되면 트랜

지스터의 콜랙터에 연결되어 있는 코일에 전류가 흐름

위와 같은 과정을 ‘코일을 여자(excitation) 시킨다’라고 함

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VDC

/B

/A

B

A D1Q1

D3Q3

D2Q2

D4Q4

회전자



유니폴라 구동 스텝모터 여자방식

1 상 여자 2 상 여자

1 – 2 상 여자

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스텝 1

스텝 2

스텝 3

스텝 4

A 1 0 0 0

B 0 1 0 0

/A 0 0 1 0

/B 0 0 0 1

스텝 1

스텝 2

스텝 3

스텝 4

A 1 0 0 1

B 1 1 0 0

/A 0 1 1 0

/B 0 0 1 1

스텝 1

스텝 2

스텝 3

스텝 4

스텝 5

스텝 6

스텝 7

스텝 8

A 1 1 0 0 0 0 0 1

B 0 1 1 1 0 0 0 0

/A 0 0 0 1 1 1 0 0

/B 0 0 0 0 0 1 1 1



여자 방식 신호파형

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A

B

/A

/B

A

B

/A

/B

(a) 1상 여자

(b) 2상 여자

A

B

/A

/B

(c) 1- 2상 여자



각 여자방식 회전자 원리

1 상 여자

2 상 여자

1-2 상 여자

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A

BA

B

S1

A

BA

B

S2

A

BA

B

S3

A

BA

B

S4

NS

SS SN

N

N

A

BA

B

S1

A

BA

B

S2

A

BA

B

S3

A

BA

B

S4

N

SSS

SN

N

NN

N

N

N

A

BA

B

S1

A

BA

B

S3

A

BA

B

S5

A

BA

B

S7

NS

S

S

S

N

N

N

A

BA

B

S2

A

BA

B

S4

A

BA

B

S6

A

BA

B

S8

N

S

S

S

S

N

N

N

N

N

N

N



고정자와 회전자의 정지위치

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고정자

회전자

고정자

회전자

A B /A /B A B /A /B

A B /A /B A B /A /B

(b) 2상 여자

(a) 1상 여자


실습내용실습내용

1 상 여자 방식의 차등 속도 회전 제어기 설계

DIP 스위치를 이용하여 좌 /우 모터를 각기 다른 속도로 제어

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DIP1 DIP2 좌 DIP3 DIP4 우

0 0 0 0 0 0

0 1 133Hz 0 1 133Hz

1 0 200Hz 1 0 200Hz

1 1 320Hz 1 1 320Hz



PORT MTP_SWx : DIP_SW(x-1) MTL_x : 왼쪽 스텝모터로 출력되는 신호 . x 상 MTR_x : 오른쪽 스텝모터로 출력되는 신호 . X 상

내부 신호 Key_in_x : 좌 /우 모터 속도를 결정하 위해 사용되는 DIP 스위치의 상태값 Speed_x : 좌 /우 모터 속도를 결정해 주기 위해 사용되는 보조값

각 모터에 인가되는 주파수 = 4MHz / ( ( speed_x + 1 ) * 2 ) Motor_xcnt : 4MHz 의 상승에지에서 1 씩 증가 , 그 값이 speed_x 값과

같아지면 phase_clk 값 반전 Phase_xclk : 좌 /우 모터의 스텝을 진행 시키기 위해 사용되는 클럭 .

이클럭의 주파수에 의해 속도 결정 Phase_xcnt : 1 상 여자 방식의 4 개 스텝 구분 순서대로 A, B, /A, /B 구동 Phase_xout : 스텝모터로 연결되는 출력 신호의 모음 . 연결 순서에 따라

모터의 회전 방향이 바뀜

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Pin table

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Signal Pin Signal Pin

CLK_4M P79 MTP_SW3 P15

MTL_A P128 MTP_SW4 P16

MTL_B P130 MTR_A P133

MTL_nA P131 MTR_B P135

MTL_nB P132 MTR_nA P137

MTP_SW1 P12 MTR_nB P138

MTP_SW2 P13 RSTB p205


PROM PROM 이용하기이용하기

Prom 에 저장할 데이터 만들기

JTAG 으로 프로그램을 했을 때와는 다르게 CCLK 로 설정을 한다 .

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iMPACT 를 실행 다음과 같이 Prepare a PROM file 로 설정

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File 이름만 설정 Add 를 꼭 누를 것



생성된 bit 파일을 선택

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위 화면에서는 No 를 선택

다음 화면으로 넘어가면 FPGA 에 bit 파일을 저장하는 메뉴는 취소를 하고다음 PROM 에 저장할 파일을 선택하는 곳에서 앞서 생성한 파일을 선택한다

ex ) motor.mcs

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PROM 에 프로그램 하기 PROM 위에서 마우스 우클릭을 하면 ‘ program’ 메뉴가 나온다 . Program 을 하면 다음과 같은 출력이 된다 .

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PROM 을 이용하여 FPGA 프로그램하기 PROM 을 실제로 이용하기 위해서는 FPGA_MODULE 보드에 있는 다음

스위치를 그림과 같이 Master Serial 로 하고 전원을 인가해야 한다 .

전원을 인가하면 PROM 에 있는 데이터가 FPGA 로 전송된다 .

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