步进电机的工作原理与编程方法

ME300B型51/AVR单片机学习开发系统应用实例

步进电机模块的应用

步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移的机电执行元件。控制步进电机的输入脉冲数量、频率及电机各项绕组的接通顺序，可以得到各种需要的运行特性。尤其与数字设备配套时，体现了更大的优越性，因此广泛应用于数字控制系统中。

伟纳电子为了能让单片机学习者能在ME300系列单片机开发板上进行有关步进电机知识的学习，专门推出的一款如图1所示的步进电机模块。通过使用步进电机模块，使大家学习与掌握步进电机的基本工作原理和步进电机的控制方法。

本文将介绍如何使用ME300B单片机开发系统＋步进电机模块实现对步进电机的数字化控制。在这个控制系统中，ME300B担负着产生脉冲，发送控制命令的任务，步进电机模块担负着执行命令的任务。

图1

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：φ35×15mm

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。

步进电机的工作原理与编程方法

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桔

A红 COM1 C黄

M

B棕图2

COM2红

D黑

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。

图3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 VCC。D1-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。

步进电机的工作原理与编程方法

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

步进电机的工作原理与编程方法

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 = 60×f / N×Z（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 = Qn×N = 7.5×4=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

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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 …… 此处隐藏：4309字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……