2021年09月28日 | 51驱动两相四线步进电机

一、步进电机概念

1、步进电机概念

步进电机是将电脉冲信号，转换为角位移或者线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载情况下，电机转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载影响。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动电机按设定方向转动一个固定的角度——步距角。如果需要高控制精度，可以配上细分驱动器，将步距角进一步细分，细分基本步距角。（基本步距角固定不变）

2、开环控制和闭环控制：

开环控制是指无反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统，使之进入运行状态后，系统将操作者的指令一次性输向受控对象。

闭环控制是指控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。

开环和闭环控制的区别：有无反馈；是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间。

形象一点表示：反馈由人来判断，为开环；由机器来判断，为闭环。

二、步进电机原理

1、步进电机控制

步进电机通过脉冲信号进行控制，每输入一个脉冲信号，步进电机前进一步。步进电机旋转的步距角，是在电机结构基础上等比例控制产生的。在不配备细分驱动器的情况下，步进电机步距角为一固定角度，即基本步距角。（在实际工作中可能步距角存在微小差别，属于机械结构固有误差，但误差不会积累）

2、步进电机构造原理

步进电机主要由定子和转子组成。

定子，就是由电流控制磁场方向，满足安培右手螺旋定律，步进电机的电流经过定子产生磁场的过程叫做励磁。电流与磁场关系符合右手螺旋定律。

电机的运动是通过改变电流在电机中的流动实现的，电机转子排斥B相磁极定子，吸引A相磁极定子，进而产生步进操作。

电机的相数由定子决定，两个定子-2相电机，三个定子-3相电机。2相电机最常用，细分效果好。

转子转子被定子环绕在中间受定子磁场变化产生转动

转子分为三类：反应式（VR）永磁式（PM）混合式（HB）

三、步进电机的工作方式

1、一些概念

相--------绕组的个数

齿距角------转子相邻两齿间的夹角

拍-------绕组的通电状态。三拍表示一个周期有三种通电状态，六拍表示有6种

步距角--------转子每拍转动的角度，步距角θ=360/NZ，N：步进电机拍数 Z：转子齿数

步距角反映步进电机精度，步距角越小，该步进电机能够输出的单位位移量越小。步距角与电机本身结构（转子齿数）和工作方式（拍数）有关。

2、四拍驱动

以两相四线步进电机为例，在四线驱动中，每次仅有一个线圈通电，共四种通电状态，为四拍工作方式。

3、八拍驱动

四、ULN2003工作原理

步进电机需要较大的驱动电流，因此需要ULN2003芯片来驱动电机。

1、ULN2003作用

ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。由7对NPN达林顿管组成，输入和各种逻辑类型兼容。多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中，可直接驱动继电器等负载。

ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。

2、ULN2003引脚图及功能

引脚1~7：CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端

引脚8：接地

引脚9： 该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地，实际上就是达林顿管的集电极对地接通。

引脚10~16：脉冲信号输出端，对应7-1信号输入端

3、ULN2003驱动原理

ULN2003在5V工作电压下能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独驱动每个达林顿管，驱动电流最大500mA，9脚可以悬空。

ULN2003也是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平，继电器得电吸合。

五、具体程序示例（两相四线步进电机）

//加速转动

#include

#define uchar unsigned char

#define uint  unsigned int

#define MotorData P0                    //步进电机控制接口定义

uchar phasecw[4] ={0x08,0x04,0x02,0x01};//正转 电机导通相序 D-C-B-A

uchar phaseccw[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};//反转 电机导通相序 A-B-C-D

uchar speed;

//ms延时函数

void Delay_xms(uint x)

{

 uint i,j;

 for(i=0;i  for(j=0;j<112;j++);

}

//顺时针转动

void MotorCW(void)

{

 uchar i;

 for(i=0;i<4;i++)

  {

   MotorData=phasecw[i];

   Delay_xms(speed);//转速调节

  }

}

//停止转动

void MotorStop(void)

{

 MotorData=0x00;

}

//主函数

void main(void)

{

 uint i;

 Delay_xms(50);//等待系统稳定

 speed=25;

 while(1)

 {

 for(i=0;i<10;i++)

  {

   MotorCW();  //顺时针转动

  }  

  speed--;     //加速   //减速speed++

  if(speed<4)  

  {

   speed=25;    //重新开始加速运动

   MotorStop();

   Delay_xms(500);

  }  

 }

}

//正反转

#include

#define uchar unsigned char

#define uint  unsigned int

#define MotorData P0                    //步进电机控制接口定义

uchar phasecw[4] ={0x08,0x04,0x02,0x01};//正转 电机导通相序 D-C-B-A

uchar phaseccw[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};//反转 电机导通相序 A-B-C-D

//ms延时函数

void Delay_xms(uint x)

{

 uint i,j;

 for(i=0;i  for(j=0;j<112;j++);

}

//顺时针转动

void MotorCW(void)

{

 uchar i;

 for(i=0;i<4;i++)

  {

   MotorData=phasecw[i];

   Delay_xms(5);//转速调节

  }

}

//逆时针转动

void MotorCCW(void)

{

 uchar i;

 for(i=0;i<4;i++)

  {

   MotorData=phaseccw[i];

   Delay_xms(5);//转速调节

  }

}

//停止转动

void MotorStop(void)

{

 MotorData=0x00;

}

//主函数

void main(void)

{

 uint i;

 Delay_xms(50);//等待系统稳定

 while(1)

 {

  for(i=0;i<500;i++)

  {

   MotorCW();   //顺时针转动

  } 

  MotorStop();  //停止转动

  Delay_xms(500);

  for(i=0;i<500;i++)

  {

   MotorCCW();  //逆时针转动

  } 

  MotorStop();  //停止转动

  Delay_xms(500);  

 }

}