基于FPGA的toyo滑臺(tái)設(shè)計(jì)

近年來，3D打印機(jī)風(fēng)潮席卷全球，小到機(jī)械零件，大到房屋建筑，都可以通過3D打印機(jī)完成。3D打印機(jī)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(jī)工作方式的啟發(fā)，toyo公司以FPGA為控制芯片，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，完成一個(gè)通過算法繪制圖像的toyo滑臺(tái)設(shè)計(jì)。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

toyo滑臺(tái)系統(tǒng)包括電機(jī)控制和路徑規(guī)劃兩部分，根據(jù)驅(qū)動(dòng)板與電機(jī)參數(shù)產(chǎn)生的相應(yīng)脈沖控制電機(jī)。電機(jī)運(yùn)行的軌跡分為直線和曲線兩種，在給定坐標(biāo)點(diǎn)的情況下，通過逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法進(jìn)行路徑規(guī)劃，完成指定圖像繪制。

二、FPGA對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制

toyo滑臺(tái)設(shè)計(jì)采用常用計(jì)算機(jī)的光驅(qū)步進(jìn)電機(jī)，即兩相四線步進(jìn)電機(jī)，易于控制且工作性能穩(wěn)定。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板采用帶有A4988芯片的帶轉(zhuǎn)換器和過流保護(hù)的DMOS微步驅(qū)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(jí)步進(jìn)電機(jī)。toyo滑臺(tái)的轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生微步，故FPGA只需向驅(qū)動(dòng)板輸入連續(xù)脈沖即可。設(shè)定toyo滑臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)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(tái)是一種集FPGA、步進(jìn)電機(jī)和滑臺(tái)導(dǎo)軌為一體的圖像繪制方案。它將兩相四線步進(jìn)電機(jī)和由亞克力材質(zhì)制定的小型電機(jī)支架作為硬件支撐。為完成二維平面上的作業(yè)，toyo滑臺(tái)設(shè)計(jì)包括還兩個(gè)平面內(nèi)移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)繪圖使用的鉛筆，另一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)載有放置紙張的平臺(tái)，兩個(gè)電機(jī)同時(shí)工作，使鉛筆在紙張上完成繪制。由FPGA通過驅(qū)動(dòng)板給兩個(gè)電機(jī)輸入設(shè)定脈沖以控制步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)運(yùn)用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃。