步进电机控制仪步进电机控制仪步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数常用m表示 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。
四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步） 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音步进电机的一些特点： 1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积 2．步进电机外表允许的最高温度 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常 3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降 4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转在有负载的情况下，启动频率应更低如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速） 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用一、步进电机模块简介 1、步进电机性能指标 2 相6 线式步进电机 步距角7.5 度 工作电压 12V （实验时也可以用5V 供电，只是力矩变小） 额定静力矩＞240g/cm 动力矩＞80g/cm 外形：φ3515mm 步进电机结构则如图 2 所示包含两组带有中间抽头的线圈，A-COM1-C为一组， B-COM2-D 为另一组整个电机共有六条线与步进电机模块J3 连接。
2、步进电机模块的工作原理： 步进电机模块中使用的驱动芯片为ULN2003A，它是集电极开路输出的功率反相器，并且每个输出端都有一个连接到共同端（COM）的二极管，为断电后的电机绕组提供一个放电回路，起放电保护作用内部逻辑如图 3 所示因此，ULN2003A 非常适合驱动小功率的步进电机 步进电机模块原理图如图4 所示单片机的 P1.0-P1.3 输出的脉冲信号经 J2 送到 ULN2003A 的 IN1-IN4 输入端，经 ULN2003A 放大和倒相后的输出脉冲信号通过J3 来驱动步进电机作相应的操作ULN2003A 的 COM 端和步进电机的 COM1、COM2 连接到 VCCD1-D4 发光二极管可以同步显示驱动步进电机的脉冲信号二极管D5 起外接电源极性保护作用 例如：当单片机的 P1.0 输出高电平时，ULN2003A的IN1输入端则为高电平，经过 ULN2003A 放大和倒相后在 OUT1 输出端输出低电平，使步进电机的 A 相得电旋转一个步距角，同时D1 也被点亮3、与ME300 系列开发板上的连接方法 使用伟纳定做的20CM 杜邦头实验连接线，可以很方便的将ME300B 与步进电机模块连接起来。
在ME300B 上使用时，先将J1 （ICE）上的P1.0－P1.3 用杜邦头实验连接线连接到步进电机模块J2 的IN1－IN4 上再从J7 上引出 5V 电源到步进电机模块J1 上 注意：对于V1.5 以下版本的ME300B 硬件，由于J7 输出的 5V 电源有保护，接上电机后可能引起过载保护，可以将J7 的负端切断后直接连到电源负极，这样即可取消J7 的过载保护功能V1.5 以上硬件的J7 没有经过保护，可以直接输出电源给步进电机模块 二、步进电机的工作原理 当步进电机接收到一个脉冲信号，步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步 距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的步进电机的这些特性非常适合使用单片机来控制，控制信号由单片机产生，步进电机则根据控制信号来动作 1、步进电机的常用术语 步距角：表示控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机转子所应转动的角度的理论值 Qn = 2π/ZN 式中： Z --- 转子的齿数 N--- 运行拍数，通常等于相数或相数的整数倍，即 N=kN1 N1 --- 步进电机相数 从式中可以看出，运行拍数和转子的齿数不同时，步距角不同，且步距角与运行拍数或转子的齿数成反比。
八拍运行方式的步距角要比四拍运行方式的步距角小一半 齿距角： 相邻两齿中心线间的夹角，通常定子和转子具有相同的齿距角 Qz = 2π/ Z 式中： Z --- 转子的齿数 步距角与齿距角之间的关系： Qn = Qz/N = 2π/NZ 式中： N --- 步进电机工作拍数 Z --- 转子的齿数 步进电机转速： n = 60f / NZ （转/分） 式中：f ＝脉冲频率（Hz ） N --- 步进电机工作拍数 Z --- 转子的齿数 从这个公式可以看出步进电机以八拍运行方式工作的转速是以四拍运行方式工作的转速的一半 步进电机的相数：是指步进电机内部的线圈组数 运行频率：是指拖动一定负载使频率连续上升时，步进电机能不失步运行的极限频率 启动频率：是指在一定负载下直接启动而不失步的极限频率 对于步距角为 7.5 度的步进电机而言： Qn = 7.5 度 Qz = QnN = 7.54=30 度 （齿距角） Z = 2π/Qz = 360/30 = 12 （转子的齿数） 2、步进电机的基本控制 （1）、控制换相顺序 步进电机的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。
通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配例如，步进电机的八拍工作方式，其各相通电的顺序为 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA （正转）或 DA-D-CD-C-BC-B-BA-A （反转），通电控制脉冲必须严格这一顺序分别控制 A,B,C,D相的通电和断电 （2 ）、控制步进电机的转向 如果按给定的工作方式正序通电换相，步进电机就正转；如果按反序通电换相，则步进电机就反转 （3）、控制步进电机的速度 如果给定步进电机一个控制脉冲，它就转一步，再发一个控制脉冲，它就会再转一步 两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转得越快因此，脉冲的频率决定了步进电机的转速 调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速 调整单片机输出的步进脉冲频率的方法： A、软件延时方法 改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率，但这种方法使 CPU 长时间等待，无法进行其它工作，因此没有实用价值在单独进行步进电机的演示时可以采用 B、定时器中断方法 在中断服务子程序中进行脉冲输出操作，调整定时器的定时常数就可以实现调速这种方法占用 CPU 时间较少，是一种比较实用的调速方法。
用单片机对步进电机进行速度控制，实际上就是控制每次换相的时间间隔升速时，使脉冲频率逐渐升高，降速时则相反 3、步进电机的三种运行方式 （1）、单四拍运行方式 当电机绕组通电时序为 A-B-C-D 时为正转，通电时序为D-C-B-A 时为反转见表 1 这种驱动方式是如何一个时间，只有一组线圈被激磁，因此产生的力矩较小 N = 4 步距角： Qn = Qz/N = 2π/NZ = 360/4*12 = 7.5 则步进电机转一圈所需步进脉冲数： 360/ 7.5= 48 （2 ）、双四拍运行方式 当电机绕组通电时序为 AB-BC-CD-DA 时为正转，通电时序为 DA-CD-BC-AB 时为反转见表2 这种驱动方式是在任何一个时间内，有二组线圈同时被激磁，因此产生的力矩较大 （3）、八拍运行方式 当 电 机 绕 组 通 电 时 序 为 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA 时 为 正 转 ， 通 电 时 序 为DA-D-CD-C-BC-B-BA-A 时为反转见表3 这种驱动方式又承为“半步驱动”，每个驱动信号只驱动半步。
N = 8 步距角： Qn = Qz/N = 2π/NZ = 360/8*12 = 3.75 则步进电机转一圈所需步进脉冲数： 360/ 3.75= 96 八拍运行方式的步距角要比单四拍和双四拍运行方式的步距角小一半，所以步进精度高一倍 三、步进电机控制的编程方法 通过上面的简单介绍，我们知道了步进电机是通过输入脉冲信号来进行控制的，即步进电机的总转动角度由输入脉冲数决定，步进电机的转速由脉冲信号频率决定，而步进电机的转动方向由改变加在步进电机绕组上的脉冲工作时序的相序来决定 （1）、控制换相顺序 首先要确定步进电机运行的工作方式，然后根据所选用工作方式的换相顺序进行脉冲分配 例如：选用八拍运行方式，根据该工作方式的换相顺序编写正转脉冲时序表和反转脉冲时序表 TABLE_F: ;正转脉冲输出时序表 DB 0F1H,0F3H,0F2H,0F6H,0F4H,0FCH,0F8H,0F9。