步进电机的工作原理与编程方法

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1、www.plcworld.cnME300B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

2、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。www.plcworld.c

3、n桔A红COM1MC黄BCOM2D棕红黑图22、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。ULN2

4、003A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。www.plcworld.cnJ3VCC步进电机1U1ULN2003AJ22A161IN13OUT1IN11B152IN24OUT2IN22C143IN35OUT3IN33D134IN46OUT4

5、IN44125OUT5IN5VCC116OUT6IN6107OUT7IN7VCCR1D198COMGND470R2D2VCCJ1D54701R32D3C1C24705-12V电源0.1uF100uFR4D4470图43、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M

6、E300B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

7、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=kN1N1---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www.plcworld.cn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

8、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