步进电机入门技术

步进电机可用于微控制器项目的各个领域，例如制造机器人、机械臂、自动门锁系统等。本教程将向您解释步进电机（单极和双极步进电机）的构造、基本基本、不同的控制类型（半步进和全步进）、接口技术（使用 L293D 或 ULN2003）以及用 C 和汇编编程微控制器以控制步进电机。
步进电机的种类
市场上基本有两种类型的步进电机。

单极步进电机
单极步进电机有五根或六根电线和四个线圈（实际上是两个线圈由每个线圈上的中心连接分隔）。线圈的中心连接连接在一起并用作电源连接。它们被称为单极步进器，因为功率总是来自这一极。

双极步进电机
双极步进电机通常有四根电线从中伸出。与单极步进电机不同，双极步进电机没有公共中心连接。它们有两组独立的线圈。您可以通过测量导线之间的电阻来将它们与单极步进电机区分开来。您应该找到两对电阻相等的电线。如果您的仪表引线连接到两根未连接的电线（即未连接到同一线圈），您应该看到无限电阻（或没有连续性）。
如前所述，我们将主要讨论“单极步进电机”，这是市场上最常见的步进电机类型。下面给出了 6 导联步进电机的简单示例，在 5 导联步进电机中，导线 5 和 6 连接在一起，使 1 导线成为公共导线。

步进电机的工作原理
现在让我们讨论步进电机的操作原理。当我们给步进电机的线圈通电时，步进电机的轴（实际上是永磁体）根据通电线圈的磁极对齐。因此，当电机线圈按特定顺序通电时，电机轴往往会根据线圈的磁极自行对齐并因此旋转。下面给出了通电操作的一个小示例。

步进电机线圈

从示例中可以看出，当线圈“A”通电时，如上图所示，在“A+A\”处产生南北极性，磁轴根据产生的极性自动对准。当下一个线圈通电时，轴再次对齐并迈出一步。因此，工作原则。

步进电机线圈通电时

我们已经看到，要使步进电机工作，我们需要按顺序给线圈通电。
步骤顺序
步进电机可以以两种不同的模式或顺序驱动。即 完整步骤序列
项目符号列表项
半步序列
我们将一一介绍这些序列。

完整步骤序列

在完整的步进序列中，两个线圈同时通电，电机轴旋转。线圈必须通电的顺序如下表所示。

完整模式序列的工作如下图所示。

全模式序列动画

半步序列

在半模式步进序列中，电机步距角减小到全模式下角度的一半。因此，角度分辨率也增加了，即在全模式下，角分辨率增加了一倍。同样在半模式序列中，步数是全模式的两倍。半模式通常优先于全模式。下表显示了线圈通电的模式。

半模序列的工作原理如下图所示。

半模式序列动画

步距角
步进电机的步距角定义为电机在一步内走过的角度。要计算步距角，只需将 360 除以电机完成一圈所需的步数。正如我们所看到的，在半模式下，电机完成一圈所采取的步数增加了一倍，因此步距角减小到一半。

如上例所示，步进电机在全模式下旋转需要 4 个步骤才能完成一圈，因此步距角可以计算为......

步距角 ø = 360° / 4 = 90°

在半模步距角的情况下，步距角减半，因此为 45°。

因此，通过这种方式，我们可以计算任何步进电机的步距角。通常步进角在您使用的步进电机的规格表中给出。了解步进电机的步距角有助于您校准电机的旋转，还可以帮助您将电机移动到正确的角度位置。

单极步进电机2线控制的步进顺序
如上所述，在序列的每一步中，两根导线总是设置为相反的极性。正因为如此，可以只用两根线而不是四根线来控制步进电机，电路稍微复杂一些。步进顺序与两个线圈 A 和 B 的步进顺序相同，并且 A\ 和 B\ 的极性值相反。顺序如下表所示：


双极步进电机的步进顺序
双极电机结构更简单。它有两个绕组，没有中心抽头，中心有一个永磁体，就像单极步进电机一样。由于结构更简单，步进顺序有点复杂，因为两个线圈的功率必须以这样一种方式控制，即磁极的极性被反转。该极性序列如下表所示。

步进电机连接
连接单极步进电机
实际上，您可以通过多种方式将步进电机连接到控制器，其中最常用的接口是：

使用 L293D 的接口 - H 桥电机驱动器
使用 ULN2003/2004 的接口 - 达林顿阵列
我们将一一讨论这两种连接技术。上述方法需要 4 个控制器引脚作为接口。

使用 L293D 连接单极步进电机

如上图所示，四个引脚“控制器引脚 1”、2、3 和 4 将根据控制器中编程的步进顺序控制步进电机的运动和方向。

使用 ULN2003/2004 连接单极步进电机

正如在 L293D 的情况下已经讨论过的，在这个电路中，四个引脚“控制器引脚 1”、2、3 和 4 将根据控制器发送的步进顺序控制步进电机的运动和方向。

用于单极步进电机的 2 线连接
我们已经看到了连接单极步进电机的常用 4 线连接方法，但我们可以借助 2 线连接方法简化设计，使控制器使用更少的引脚。2线连接电路如下图所示。

连接双极步进电机
正如我们所研究的，双极步进电机有 2 个不同的线圈。双极步进电机的步进顺序与单极步进电机的步进顺序相同。为此，驱动电路需要一个H桥，因为它允许独立控制所施加电源的极性。这可以如下图所示：

假设步进电机在端口 1.0 连接到端口 1.3。调整延迟将增加或减少电机的速度。

1. #include <REG2051.H>
   
2. #define stepper P1
   
3. 
   
4. void delay()
   
5. {
   
6.         unsigned char i,j,k;
   
7.         for(i=0;i<6;i++) {
   
8.                 for(j=0;j<255;j++)
   
9.                         for(k=0;k<255;k++);
   
10.         }
    
11. }
    
12. 
    
13. void main()
    
14. {
    
15.         while (1) {
    
16.                 stepper = 0x0C;
    
17.                 delay();
    
18.                 stepper = 0x06;
    
19.                 delay();
    
20.                 stepper = 0x03;
    
21.                 delay();
    
22.                 stepper = 0x09;
    
23.                 delay();
    
24.         }
    
25. }

复制代码

1.         org 0H
   
2. 
   
3.         stepper equ P1
   
4. 
   
5. main:
   
6.         mov stepper, #0CH
   
7.         acall delay
   
8.         mov stepper, #06H
   
9.         acall delay
   
10.         mov stepper, #03H
    
11.         acall delay
    
12.         mov stepper, #09H
    
13.         acall delay
    
14.         sjmp main
    
15. 
    
16. delay:
    
17.         mov r7,#4
    
18. wait2:
    
19.         mov r6,#0FFH
    
20. wait1:
    
21.         mov r5,#0FFH
    
22. wait:
    
23.         djnz r5,wait
    
24.         djnz r6,wait1
    
25.         djnz r7,wait2
    
26.         ret
    
27.         end

复制代码

半步序列

1. void main()
   
2. {
   
3.         while (1) {
   
4.                 stepper = 0x08;
   
5.                 delay();
   
6.                 stepper = 0x0C;
   
7.                 delay();
   
8.                 stepper = 0x04;
   
9.                 delay();
   
10.                 stepper = 0x06;
    
11.                 delay();
    
12.                 stepper = 0x02;
    
13.                 delay();
    
14.                 stepper = 0x03;
    
15.                 delay();
    
16.                 stepper = 0x01;
    
17.                 delay();
    
18.                 stepper = 0x09;
    
19.                 delay();
    
20.         }
    
21. }

复制代码

单极步进电机的 2 线连接编程

1. void main()
   
2. {
   
3.         while (1) {
   
4.                 stepper = 0x03;
   
5.                 delay();
   
6.                 stepper = 0x01;
   
7.                 delay();
   
8.                 stepper = 0x00;
   
9.                 delay();
   
10.                 stepper = 0x02;
    
11.                 delay();
    
12.         }
    
13. }

复制代码

双极步进电机编程

1. void main()
   
2. {
   
3.         while (1) {
   
4.                 stepper = 0x08;
   
5.                 delay();
   
6.                 stepper = 0x02;
   
7.                 delay();
   
8.                 stepper = 0x04;
   
9.                 delay();
   
10.                 stepper = 0x01;
    
11.                 delay();
    
12.         }
    
13. }

复制代码