详解步进电机原理及其正反转驱动程序(51单片机) |
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详解步进电机原理及其正反转驱动程序(51单片机)
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一、步进电机基本原理
1.开环
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。 2.工作状态非超载时，电机转速、转过的角度取决于脉冲信号的频率和脉冲数。 3.线性关系给电机施加一个脉冲，电机转过一个步距角；角位移量/线位移量与电脉冲数成正比。 二、步进电机驱动方式单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 驱动是步进电机最常采用的两种驱动方式。
使用4个晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机结构则如图一所示包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机共有5条线与外界连接。 图一中五线式步进电机虽又称为单极性步进电机，但实际上既可使用单极性驱动电路，也可使用双极性驱动电路。 则如图二所示，它会使用8个晶体管来驱动两组相位，其中四颗下端晶体管通常是由MCU直接驱动，上端晶体管则需要成本较高的上端驱动电路。双极性驱动电路可以驱动四线式或六线式步进电机，而四线式电机只能使用双极性驱动电路。 1.双极性驱动四相步进电机的晶体管数目是单极性驱动电路的两倍。 2.双极性驱动电路的晶体管只需承受电机电压，而单极性驱动电路需要箝位电路，如下图所示，ULN2003数据手册给出的典型值为1.7V。
28——步进电机最大外径为28mm B——步进电机 Y——永磁式 J——减速电机 48——四相八拍工作方式 注意：步进电机有一个性能参数叫空载启动频率，其决定了输入脉冲的频率，此电机的启动频率在500Hz以上，因此输入脉冲要间隔2ms以上。 2.八拍工作模式八拍工作方式的英文名是half-stepping，英文表达很形象，转子从A转到AB中间，再有AB中间转到B，好似每次只走了半步。因此线圈通电顺序是：A-AB-B-BA’-A’-A’B’-B’-B’A（我用A‘代替了图中的“A非”）。 八拍工作模式最大的好处就是扭矩大。 本实验采用较简单的ULN2003芯片（TI公司），给电机提供大电流，最高输出500mA。不能直接使用单片机I/O引脚直接驱动，哪怕是推挽输出模式的电流也不够。 1.内部电路
每一个反相器就是一个NPN达林顿管，B（基极）是输入，C（集电极）是输出。 笔者用的普中51开发板外接的ULN2003模块，因为看中外接模块的LED灯，便于通过灯的亮灭观察电机的工作方式。（此开发板板载有ULN2003芯片只是没有灯） 欢迎“拍砖” #include "reg52.h" typedef unsigned char u8; typedef unsigned int u16; sbit k4 = P3^3; bit keystatus = 1; //按键状态 unsigned char code Forward_Rotation[]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};//八拍正转 unsigned char code Reverse_Rotation[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//八拍反转 void Timer0Init(); void delay(u16 i); /* 实验目标：通过一个按键（微动开关）控制电机的正反转，按一下切换电机转动方向。 应用知识：定时器中断用于按键的消抖，没有使用传统的延时消抖。 */ void main() { u8 direction; //电机转动方向，0为正转，1为反转 Timer0Init(); while (1) { u8 i; if(keystatus == 0) count++; if(count == 2) count = 0; direction = count; if(direction == 0) //正转 { for(i=0;i |
PS：四相电机的叫法可能存在一定问题（误导性），因为准确说它其实只有两组相位，四相=两组相位，图一中的定子也是成对命名的（A+/A-，B+/B-），所以图一中的步进电机更好的称呼是双相位五线式步进电机。当然主流叫法仍是五线四相，叫起来顺口，还是尽量使用“四相”称呼以方便交流。
亦可使用L298N芯片（双H桥）驱动。
1.ULN2003模块 ULN2003的IN1-IN4分别接51单片机的P1.0-P1.4管脚，驱动模块的GND/VCC 5V 接普中A2开发板上的地和电源。 2.独立按键 使用普中A2开发板上的K4按键，K4按键接单片机的P3.3管脚。 
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