stm32步进电机控制教程.pdf

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1、本教程介绍步进电机驱动和细分的工作原理,以及stm32103为主控芯片制作的一套自平衡的两轮车系统,附带原理图pcb图和源代码,有兴趣的同学一起来吧.本系统还有一些小问题,不当之处希望得到大家的指正.一.混合式步进电机的结构和驱动原理电机原理这部分不想讲的太复杂了，拆开一台电机看看就明白了。电机的转子是一个永磁体，它的上面有若干个磁极SN组成，这些磁极固定的摆放成一定角度。电机的定子是几个串联的线圈构成的磁体。出线一般是四条线标记为A+，A-，B+，B-。A相与B相是不通的，用万用表很容易区分出来，至于各相

2、的+-出线实际是不用考虑的，任意一相正负对调电机将反转。另外一种出线是六条线的只是在A相和B相的中间点做两条引出线别的没什么差别，六出线的电机通过中间出线到A+或A-的电流来模拟正向或负向的电流，可以在没有负相电流控制的电路中实现电机驱动，从而简化驱动电路，但是这种做法任意时刻只有半相有电流，对电机的力矩是有损失的。步进电机的转动也是电磁极与永磁极作用力的结果，只不过电磁极的极性是由驱动电路控制实现的。我们做这样的一个实验就可以让步进电机转动起来。1找一节电池正负随意接入到A相两端;然后断开;(记为A正向)

3、2再将电池接入到B相两端;然后断开;(记为B正向)3电池正负对调再次接入A相;然后断开;(记为A负向)4保持正负对调接入B相;然后断开;(记为B负向)…如此循环你会看到步进电机在缓慢转动。注意电机的相电阻是很小的接通时近乎短路。我们将相电流的方向记录下来应该为:A+B+A-B-A+…，如果我们更换接线顺序使得相电流顺序为A+B-A-B+A+…这时我们会看到电机向反方向运动。这里每切换一次相电流电机都会转动一个很小的角度，这个角度就是电机的步距角。步距角是步进电机的一个固有参数，一般两相电机步距角为1.8度即

4、切换200次可以让电机转动一圈。这里我们比较正反转的电流顺序可以看出A+和A-;B+和B-的交换后的顺序和正反顺序是一致的，也就是前面所说的”任意一相正负对调电机将反转”。以上为四排工作方式，为了使相电流更加平滑另外可以使用八排的工作方式即:A+;A+B+;B+;B+A-;A-;A-B-;B-;B-A+;从前往后循环正转，从后往前循环反转。为了用单片机实现相电流的正负流向控制必须要有一个H桥的驱动电路，这种带H桥的驱动模块还是很多的，比较便宜的是晶体管H桥比如L298N，晶体管开关速度比较慢，无法驱动电机高

5、速运动。有些模块将细分控制电路也包含在内，我们也不用这种，因为我们的细分由软件控制。实际应用中使用ST的mos管两桥驱动芯片L6205一片即可驱动一台步进电机。有了H桥通过PWM就可以控制相电流大小，改变输入极IN1、IN2的状态（参看手册第8页）可以控制相电流的方向。二.细分的原理和输出控制从这里开始重点了，别的地方看不到哦。一个理想的步进电机电流曲线应该是相位相差90度的正弦曲线如下图：图中蓝色线时A相电流，红色线是B相电流。如果把A相正负极值视为A+A-，B相正负极值视为B+B-，比较一下四拍方式正转

6、A+B+A-B-和反转A+B-A-B+不难看出四排方式实际上是用一个脉冲来代替一个正弦半周期，相位点从左到右变化则电机正转，从右到左电机反转。类似的我们把八拍方式A+;A+B+;B+;B+A-;A-;A-B-;B-;B-A+;放到曲线里也可以找到对应点，图中标出了各拍的相位点1，2，3…，不难看出用A+B+代替第2拍点用B+A-代替第四拍点都是近似的做法。那么这种近似和理想情况的电流的差值去哪里了呢？这些电流被无谓的消耗掉了而且多余的电流会引起电机转动的不平稳。为什么要细分呢？实际细分的终极目标就是在正弦的

7、周期中插入若干个点使得相电流接近正弦变化，细分可以提高定位精度和电机运转的平稳性。由此我们抛开细分不谈，如果你能调制出两条相差为90度的正弦波形就是理想的步进电机驱动器了，调制出的正弦波形的频率就是步进电机的转速，正弦的幅值就是步进电机的转矩。这个听起来貌似不难啊，但是你不要忘了调制出的正弦是有要求的。第一要有一定的驱动能力步进电机的功率越大驱动能力要求也越大。第二要能够保持90度的相差前提下改变正弦的频率，这样才能够驱动电机按不同的转速运转，步进电机的旋转方向实际上是两条正弦波的相位点顺序。第三最好能够调

8、幅，调整幅值能够实现电机的恒力矩输出，调幅的实际意义还不止这些后面再讲。总之一句话就是通过pwm调制输出可以调频调幅的两路固定相差的正弦波。（如果是三相步进电机应该是相差各位120度的三路正弦波，原理是一样的。）上面那个图和两相步进电机驱动的关系可能有些疑惑"真的是这样的吗?",我们在这里再安排一个试验。我们知道电动机和发电机是两个可逆的过程，因此我们可以用步进电机来当发电机。很简单的实验，我们把步进电机的两相引