一种微型步进电机的驱动设计

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1、一种微型步进电机的驱动设计李志新张晓健本文介绍了一种微型步进电机的工作、驱动原理和硬件、程序设计，可用于各种小型机电设备如微型云台、玩具等的应用。步进电机是一种控制用的特种电机，具有精度高、可开环控制的特点，可广泛应用于各种低速、高精度定位的智能建筑监控、工业自动化控制系统中。笔者在设计网络摄像机微型云台时用到了一种微型步进电机，现将该步进电机的工作原理、驱动方法说明如下。1．步进电机的应用原理步进电机可以将电脉冲转换成特定的旋转运动，当它收到一个脉冲信号后，就会按照设定的方向转动一个固定的角度（即步距角），通过控制脉冲个数就可以控制电机转动的角

2、度，通过控制脉冲频率则可以控制电机的速度和加速度，达到调速的目的。在不超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，而与负载变化无关，是一种线性关系，因而可用于精确位置控制。步进电机具有如下特点：l转动位移与输入脉冲数严格对应，步距误差不会累积，可以组成结构简单且有一定精度的开环控制系统；l可以使用数字信号直接进行开环控制，简单、廉价；l易于起动、停止、正反转及变速，响应性好；l停转时有自锁能力；l可很方便地实现在超低速下高精度稳定运行，通常可以不经过减速器直接驱动负载；l电机速度可在相当宽范围内平滑调节，可以使用一台驱

3、动控制器同时控制几台步进电机完全同步运行。本设计中使用的是一种型号为HYH-25BYJ-5V的微型步进电机，该电机使用DC5V供电，可以使用单片机进行控制，十分适合于各种小型机电自动控制系统。该步进电机内部有4相绕组，外引5根控制线，如图1所示，其中导线5接DC5V的“＋”极，导线1、2、3、4按照控制时序接DC5V的“－”极。①电机的驱动采用四相八拍的方式，如表1所示。表中“＋”表示接电源正极，“－”表示接电源负极。如果按照A相导电、A相B相同时导电、B相导电，然后依次是BC、C、CD、D、AD的顺序分别导电，电机就实现了正转（从电机输出轴方向

4、看逆时针旋转），这就是驱动电机的8拍（8种脉冲）。若把驱动脉冲的顺序反过来，按照AD、D、CD、C、BC、B、AB、A的顺序依次导电，电机就可实现反转。电机端子序号电机绕组相数分配顺序123456785＋＋＋＋＋＋＋＋4A－－－3B－－－2C－－－1D－－－表1该电机的步距角为5.625°，减速比为1/64。驱动时对电机发一次脉冲就称为一拍，即一次电平的变化，步进电机在一拍作用下内部转过的角度为5.625°，8拍后转动45°，64拍后内部转360°，由于减速比为1：64，所以内部转一圈，外部转5.625°，也就是说，驱动发出64拍后，步进电机外部

5、转5.625°。外部驱动时，脉冲的频率应小于1KHz，计算下来电机的最大转速约为每分钟14.6转。驱动电机的脉冲频率越大，转速越快，而力矩越小，反之，脉冲频率越小，转速越慢，输出力矩越大。2．步进电机的驱动电路设计由于该步进电机4相绕组每相的直流电阻为20欧姆，用DC5V驱动时每相电流约为250mA，若直接用单片机驱动，单片机承受不了这么大的电流，因此需要外加大电流驱动电路，可以使用如ULN2003、ULN2803之类的达林顿阵列集成电路。本设计中使用的是ULN2803，该芯片有8路达林顿阵列，可同时驱动2个步进电机。硬件设计原理图如图2所示。②

6、3．步进电机的驱动程序设计如图2所示，单片机的管脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别对应步进电机的1、2、3、4脚，若要使步进电机正转，ULN2803需要按如下顺序提供8拍（电机4号线在前，为高位）：0111、0011、1011、1001、1101、1100、1110、0110，由于ULN2803具有反相作用，因此单片机应提供如下次序的脉冲：1000、1100、0100、0110、0010、0011、0001、1001，其中的“1000”表示单片机的管脚P1.3为高电平，P1.2、P1.1、P1.0均为低电平，其余类推。若要驱动反转，按相

7、反顺序驱动即可。本程序提供了一种驱动步进电机的基本方法，首先控制电机正转约168°，延时1秒后，反转168°，之后再延时1秒，正转，周而复始。读者对程序加以适当修改可适应于不同的应用，如修改脉冲频率可以改变步进电机的转速，修改脉冲数可以改变电机转动的角度。程序源代码如下：;=====================================ORG0000HLJMPS;*************************************ORG0050HS:CLREA;关中断MOVSP,#60HMOVP1,#00H;***********

8、***************************MAIN:NOP;-------下面电机正转-------MOVR0,#240;正