基于FPGA的toyo滑臺設(shè)計

近年來，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3D打印機完成。3D打印機以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層打印的方式來構(gòu)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，以步進電機為驅(qū)動電機，完成一個通過算法繪制圖像的toyo滑臺設(shè)計。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

toyo滑臺系統(tǒng)包括電機控制和路徑規(guī)劃兩部分，根據(jù)驅(qū)動板與電機參數(shù)產(chǎn)生的相應(yīng)脈沖控制電機。電機運行的軌跡分為直線和曲線兩種，在給定坐標點的情況下，通過逐點比較插補法進行路徑規(guī)劃，完成指定圖像繪制。

二、FPGA對步進電機的控制

toyo滑臺設(shè)計采用常用計算機的光驅(qū)步進電機，即兩相四線步進電機，易于控制且工作性能穩(wěn)定。電機驅(qū)動板采用帶有A4988芯片的帶轉(zhuǎn)換器和過流保護的DMOS微步驅(qū)動器，該產(chǎn)品可在全、半、1/4、1/8及1/16步進模式時操作雙級步進電機。toyo滑臺的轉(zhuǎn)換器是A4988易于實施的關(guān)鍵，只要在“步進”輸入中輸入下一個脈沖，即可驅(qū)動步進電機產(chǎn)生微步，故FPGA只需向驅(qū)動板輸入連續(xù)脈沖即可。設(shè)定toyo滑臺步進電機轉(zhuǎn)動一圈的時間為0.8 s，由于提供的FPGA晶振為50 MHz，故只需做一個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、步進電機和滑臺導(dǎo)軌為一體的圖像繪制方案。它將兩相四線步進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(shè)計包括還兩個平面內(nèi)移動的步進電機，一個電機帶動繪圖使用的鉛筆，另一個電機帶動載有放置紙張的平臺，兩個電機同時工作，使鉛筆在紙張上完成繪制。由FPGA通過驅(qū)動板給兩個電機輸入設(shè)定脈沖以控制步進電機，同時運用逐點比較插補法對路徑進行規(guī)劃。