基于FPGA的toyo滑臺設計

近年來，3D打印機風潮席卷全球，小到機械零件，大到房屋建筑，都可以通過3D打印機完成。3D打印機以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體。受3D打印機工作方式的啟發，toyo公司以FPGA為控制芯片，以步進電機為驅動電機，完成一個通過算法繪制圖像的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，根據驅動板與電機參數產生的相應脈沖控制電機。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劃，完成指定圖像繪制。

二、FPGA對步進電機的控制

toyo滑臺設計采用常用計算機的光驅步進電機，即兩相四線步進電機，易于控制且工作性能穩定。電機驅動板采用帶有A4988芯片的帶轉換器和過流保護的DMOS微步驅動器，該產品可在全、半、1/4、1/8及1/16步進模式時操作雙級步進電機。toyo滑臺的轉換器是A4988易于實施的關鍵，只要在“步進”輸入中輸入下一個脈沖，即可驅動步進電機產生微步，故FPGA只需向驅動板輸入連續脈沖即可。設定toyo滑臺步進電機轉動一圈的時間為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，toyo滑臺設計包括還兩個平面內移動的步進電機，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通過驅動板給兩個電機輸入設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劃。