FPGA+MCU 五轴闭环步进控制系统 软硬件全流程开发

【项目背景】

本项目为工业自动化领域五轴一体化闭环步进电机驱动控制系统，采用 FPGA+MCU 双核心架构，主打高精度定位控制。设备适配 42 及以下规格步进电机，支持 24V 直流供电，具备开环、闭环两种工作模式。系统基于 Modbus 协议实现通信，单设备可独立运行，最多支持 63 套设备总线级联，也可外接以太网模块实现远程监控，广泛应用于多工位自动化产线、运动控制类设备。

【硬件开发内容】

1. 完成整套设备原理图设计与 PCB 布局布线，划分电源模块、步进驱动模块、FPGA 主控模块、MCU 管理模块、RS485 通信模块与多路 IO 接口电路；
2. 驱动电流支持 0.1A~2A 连续可调，板载多路数字量、模拟量输入输出接口，支持功能定制；
3. 针对工业场景做电源完整性、信号完整性与抗干扰优化，硬件支持导轨、螺丝多种安装方式，满足现场量产使用要求。

【软件开发 & 逻辑开发内容】

1. FPGA 部分：使用 Verilog 编写闭环控制逻辑，完成电流环、速度环、位置环实时运算，采集电机反馈信号，实现高精度闭环调节，同时完成电机驱动接口逻辑开发；
2. MCU 部分：负责系统调度、参数管理与总线通信，移植标准 Modbus RTU 协议，支持 03、06、10 等常用功能码，实现寄存器读写、参数配置、状态上报；
3. 功能实现：开发速度、位置、扭矩多模式控制，支持电机启停、正反转、点动、零点校准、加减速调节、掉电位置记忆等功能；
4. 系统功能：搭载上电自检、故障检测与报警机制，异常状态可通过总线上报；完成多设备级联通信调试，优化 CRC 校验与通信时序，保障组网稳定；
5. 输出完整参数配置文档、通信协议说明、工程源码与量产文件，配合客户完成整机联调与测试。

【使用技术与工具】

硬件设计：cadence,pads

单片机开发：STM32、Keil MDK、Modbus RTU、RS485

FPGA 开发：Verilog、Vivado、闭环运动控制算法

核心能力：多轴运动控制、闭环算法、总线级联、远程通信、故障保护