步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應的角位移的特殊電機，每改變一次通電狀態，步進電機的轉子就轉動一步。目前大多數步進電機控制器需要主控制器發送時鐘信號，并且要至少一個I／O口來輔助控制和監控步進電機的運行情況。在單片機或DSP的應用系統中，經常配合CPLD或者FPGA來實現特定的功能。本文介紹通過FPGA實現的步進電機控制器。該控制器可以作為單片機或DSP的一個直接數字控制的外設，只需向控制器的控制寄存器和分頻寄存器寫入數據，即町實現對步進電機的控制。

1 步進電機的控制原理

步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合對數字系統的控制。步進電機可分為反應式步進電機(簡稱“VR”)、永磁式步進電機(簡稱“PM”)和混合式步進電機(簡稱“HB”)。

步進電機區別于其他控制電機的最大特點是，通過輸入脈沖信號來進行控制，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。

步進電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由各類控制器來產生。其基本原理作用如下：

①控制換相順序，通電換相。這一過程稱為“脈沖分配”。例如：四相步進電機的單四拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C-D。通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷，控制步進電機的轉向。如果給定工作方式正序換相通電，則步進電機正轉；如果按反序換相通電，則電機就反轉。
②控制步進電機的速度。如果給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整控制器發出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。

2 控制器的總體設計

控制器的外部接口電路如圖1所示。各引腳的功能如下：

控制器的內部原理框圖如圖2所示，由命令字寄存器(Cmd_reg)、分頻系數備份寄存器(fdiv_back)、分頻器、相位輸出狀態機組成。