FPGA-Based Stepper Motor Control Board with Automatic Acceleration Management

This master's thesis aims to design and develop an electronic board for the control of stepper motors, with a particular focus on the use of FPGA devices for intelligent acceleration management. Following an introductory overview of stepper motors and their main types, the work analyzes the driving techniques, control methods, and criteria for selecting electronic components. The project is intended to develop a control board that drives a mechanical system for a probe used in display testing. Unlike traditional solutions based on microcontrollers, the use of an FPGA allows for more precise and faster control of the stepper motors, leveraging the high parallelism and flexibility offered by such devices. The thesis describes the entire board design process, from the choice of the hardware architecture to the realization of the layout, including the integration of an FPGA unit programmed to execute motion control algorithms. The work also includes the development of VHDL code, the simulation and functional verification of the system, as well as experimental tests conducted on the prototype to evaluate its overall performance.

Questa tesi magistrale ha l’obiettivo di progettare e sviluppare una scheda elettronica per il controllo di motori passo-passo, con particolare attenzione all’uso di dispositivi FPGA per una gestione intelligente delle accelerazioni. Dopo una panoramica introduttiva sui motori passo-passo e le loro principali tipologie, il lavoro analizza le tecniche di pilotaggio, i metodi di controllo e i criteri di scelta dei componenti elettronici. Il progetto prevede lo sviluppo di una scheda di controllo che gestisca un sistema meccanico per una sonda utilizzata nel collaudo di display. A differenza delle soluzioni tradizionali basate su microcontrollori, l’impiego di un FPGA consente un controllo più preciso e veloce dei motori passo-passo, sfruttando l’elevato parallelismo e la flessibilità offerti da tali dispositivi. La tesi descrive l’intero processo di progettazione della scheda, dalla scelta dell’architettura hardware alla realizzazione del layout, includendo l’integrazione di un’unità FPGA programmata per eseguire algoritmi di controllo del moto. Il lavoro comprende inoltre lo sviluppo del codice VHDL, la simulazione e la verifica funzionale del sistema, oltre a prove sperimentali effettuate sul prototipo per valutarne le prestazioni complessive.