四相步進(jìn)電機(jī)全教程

四相步進(jìn)電機(jī)全教程——蓋爾@袁〔4、21〕前段時(shí)間就有玩過步進(jìn)電機(jī)了，但是后來(lái)因?yàn)橛脖P壞了，資料全沒了，之后想再玩的時(shí)間都不知道該怎么弄了，這時(shí)候覺得假設(shè)當(dāng)時(shí)有留點(diǎn)資料發(fā)到網(wǎng)上的話，那現(xiàn)在也就不會(huì)那么糾結(jié)了，所以，昨晚又再一次拿起那步進(jìn)電機(jī)，再一次玩一下，大概把之前那些東西回想起來(lái)了，現(xiàn)在寫一份小教程〔之所以叫全教程，是因?yàn)榭戳诉@份資料之后，對(duì)應(yīng)地也就大概能用起來(lái)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)也有一個(gè)大概的了解了〕，以共大家學(xué)習(xí)，希望高手拍磚！〔里面有些是直接引用網(wǎng)上的資料，如有原作者看到的話，我在這里跟他說(shuō)聲謝謝，因?yàn)槟鷮懙锰昧?！〕?qū)動(dòng)電路我用的是L298N這款很經(jīng)典的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，這芯片可以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等，功能相當(dāng)強(qiáng)大，很好用，雖然貴了點(diǎn)〔下面再介紹一種比擬好的，價(jià)格比擬低的驅(qū)動(dòng)電路，也相當(dāng)好用〕，但是還是用了，畢竟是經(jīng)典之作嘛！呵呵！電路如下：大家可以看到，上面這電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N有四個(gè)輸入〔IN1,IN2,IN3,IN4〕和四個(gè)輸出〔M1,M2〕，對(duì)了，就是對(duì)應(yīng)單片機(jī)〔或者其它主控芯片，比方說(shuō)M3，我用的就是這個(gè)〕的輸入控制端，然后這四個(gè)控制端通過L298N間接地控制了步進(jìn)電機(jī)〔也就是圖里的M1,M2〕，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候需要比擬大的電流，單片機(jī)IO引腳沒法提供，只有通過這驅(qū)動(dòng)芯片才能夠帶動(dòng)起來(lái)！電路里面還有PWMA和PWMB，這是使能端，用于使能M1和M2是否被輸入控制的，高電平有效！一般我們假設(shè)需要控制的話，這個(gè)就接單片機(jī)的IO引腳上，假設(shè)不需要獨(dú)立控制的話那直接接高電平就行了！另外，大家可以看到電路里面還有一個(gè)5V的輸入，具體這個(gè)是做什么的我也不是很清楚，不過照給就是了，沒問題的！好，首先先把這電路焊出來(lái)，記得，因?yàn)長(zhǎng)298N工作的時(shí)候電流比擬大，所以要求必需加上一個(gè)散熱片，這樣有利于保護(hù)電路不會(huì)因?yàn)檫^熱而燒了！這里有一個(gè)小知識(shí)跟大家說(shuō)一下，焊電路最好是加上一個(gè)電源指示燈，這樣的好處多多，可以防止電源接反而完全不知！OK，這個(gè)方案介紹完了，下面介紹另一種本錢比擬低的驅(qū)動(dòng)方案！假設(shè)手頭上有ULN2003的話，也可以用來(lái)當(dāng)成驅(qū)動(dòng)電路用，我們只要知道驅(qū)動(dòng)電路的作用就是放大那個(gè)電流，那任何一種能夠放大電流的方法都可以拿過來(lái)用，包括你用三極管都行！下面提供一個(gè)三極管的驅(qū)動(dòng)電路！至于ULN2003，具體電路我就不說(shuō)了！很簡(jiǎn)單的，看下芯片的PDF就知道了。對(duì)了，這里順便介紹一個(gè)找PDF比擬全的網(wǎng)站——ICPDF，當(dāng)然IC37也很全！步進(jìn)電機(jī)原理按照常理來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)接線要根據(jù)線的顏色來(lái)區(qū)分接線。但是不同公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)，線的顏色不一樣。特別是國(guó)外的步進(jìn)電機(jī)。那么，步進(jìn)電機(jī)接線應(yīng)該用萬(wàn)用表打表。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造如下列圖：通過上圖可知，A，~A是聯(lián)通的，B和~B是聯(lián)通。那么，A和~A是一組a，B和~B是一組b。不管是兩相四相，四相五線，四相六線步進(jìn)電機(jī)。內(nèi)部構(gòu)造都是如此。至于究竟是四線，五線，還是六線。就要看A和~A之間，B和B~之間有沒有公共端com抽線。如果a組和b組各自有一個(gè)com端，那么該步進(jìn)電機(jī)六線，如果a和b組的公共端連在一起，那么是5線的。所以，要弄清步進(jìn)電機(jī)如何接線，只需把a(bǔ)組和b組分開。用萬(wàn)用表打。四線：由于四線沒有com公共抽線，所以，a和b組是絕對(duì)絕緣的，不連通的。所以，用萬(wàn)用表測(cè)，不連通的是一組。五線：由于五線中，a和b組的公共端是連接在一起的。用萬(wàn)用表測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有一根線和其他幾根線的電阻是相當(dāng)?shù)?，那么，這根線就是公共com端。對(duì)于驅(qū)動(dòng)五線步進(jìn)電機(jī)，公共com端不連接也是可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的。六線：a和b組的公共抽線com端是不連通的。同樣，用萬(wàn)用表測(cè)電阻，發(fā)現(xiàn)其中一根線和其他兩根線阻止是一樣的，那么這根線是com端，另2根線就屬于一組。對(duì)于驅(qū)動(dòng)四相六線步進(jìn)電機(jī)，兩根公共com端不接先也可以驅(qū)動(dòng)該步進(jìn)電機(jī)的。通過上面的方法都可以測(cè)得不同線對(duì)應(yīng)的接線，當(dāng)然，也還有一些朋友不知道，那測(cè)出AA’和BB’之后，怎么分開哪根是A哪根是A’，哪根是B哪根是B’呢？之前我也有一樣的問題，相信初學(xué)步進(jìn)電機(jī)的朋友也一樣，我這里有一看到一個(gè)帖，里面介紹了一種方法，不知道好不好用〔我這邊的步進(jìn)電機(jī)就不行〕：拿到步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)以前看書對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)的了解，我對(duì)它進(jìn)行了初步的測(cè)試，就是將5伏電源的正端接上最邊上兩根褐色〔指的是公共端，不同電機(jī)顏色不同〕的線，然后用5伏電源的地線分別和另外四根線〔紅、蘭、白、橙〕〔指的是剩下的控制線，不同電機(jī)顏色不同〕依次接觸，發(fā)現(xiàn)每接觸一下，步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，來(lái)回五次，電機(jī)剛好轉(zhuǎn)一圈，說(shuō)明此步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為360/(4×5)＝18度。地線與四線接觸的順序相反，電機(jī)的轉(zhuǎn)向也相反。除了上面這種方法，現(xiàn)在還沒有看到有帖介紹如何區(qū)分這四條線的，當(dāng)然，假設(shè)有朋友研究出來(lái)還請(qǐng)共享一下！謝謝！如果實(shí)在不行，最好是找下別人現(xiàn)有的程序，然后一個(gè)一個(gè)試！沒方法！驅(qū)動(dòng)方法我們驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的話有好幾種方法，個(gè)人覺得比擬簡(jiǎn)單也比擬常用的還是下面這兩種，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.，什么是四相四拍，什么是四相八拍，這些字母代表什么意思，請(qǐng)往下看！上圖是表示剛剛步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)〔手工畫的不好看〕，沒有畫中線抽頭。中間那個(gè)表示電機(jī)轉(zhuǎn)子，左邊藍(lán)色的表示A線圈，上面紅色的表示B線圈，大家看到上面標(biāo)志中還有一些是打括號(hào)的，表示什么呢？就是說(shuō)這個(gè)接線是一開始講到的A’接線，跟剛剛講到的那個(gè)C字母表示的接線其實(shí)是同一根線！那現(xiàn)在我就用圖來(lái)表示解釋下什么是四相四拍，AB-BC-CD-DA-AB表示的是什么。AB-BC-CD-DA-AB中的出現(xiàn)的字母表示這根線對(duì)應(yīng)加上高電平，其余的都是低電平。具體就是，在AB處于高電平，CD處于低電平，延時(shí)一小段時(shí)間；然后BC處于高電平，AD處于低電平，再延時(shí)一小段時(shí)間，如此下去CD高，AB低，延時(shí)，DA高，BC低，延時(shí)……那究竟為什么要這樣子呢？下面我用圖給大家解釋一下。第一：AB高，CD低，電流那么如下列圖黃色線所示方向流動(dòng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)使得電機(jī)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90度，轉(zhuǎn)過90度之后就停在那里了；第二：BC高，AD低，電流如下列圖所示，同樣道理，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90度；第三，CD高，AB低，如下列圖：第四，DA高，BC低，如下列圖：如此一循環(huán)之后，電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過了一周，如果這樣循環(huán)這樣一個(gè)動(dòng)作的話，那電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)起來(lái)了！現(xiàn)在大家應(yīng)該明白了什么是四相四拍了吧！同理，四相八拍也是一樣的道理，這里就不多說(shuō)了，大家應(yīng)該明白！上面講述的是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，那逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的話該怎么弄了，相信明白上面原理的朋友自己都能夠畫出來(lái)，我這里就只是簡(jiǎn)單地提供一下給大家做參考，時(shí)序?yàn)镈A-CD-BC-AB！軟件局部：知道了硬件原理，軟件方面就簡(jiǎn)單好辦了，只要按照上面說(shuō)的對(duì)應(yīng)地給上高電平低電平的，再來(lái)個(gè)延時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)了。對(duì)于四相四拍的驅(qū)動(dòng)方法，程序形式如下：While(1){IN1=1;IN2=1;IN3=0;IN4=0;Delay();IN1=0;IN2=1;IN3=1;IN4=0;Delay();IN1=0;IN2=0;IN3=1;IN4=1;Delay();IN1=1;IN2=0;IN3=0;IN4=1;Delay();}同樣，反向轉(zhuǎn)動(dòng)的也能夠搞定，四相八拍的也一樣道理。那程序是不是就非常之簡(jiǎn)單呢？當(dāng)然不是，程序里面最難的要確定的就是——延時(shí)，這個(gè)延時(shí)的時(shí)間把握得好才能夠驅(qū)動(dòng)起來(lái)，太長(zhǎng)了不行，太短了也不行，那究竟是多少才適宜呢？這里我教大家一個(gè)方法，原理很簡(jiǎn)單，就是用一個(gè)for循環(huán)來(lái)變換不同的延時(shí)時(shí)間，通過這樣來(lái)確定在哪個(gè)延時(shí)時(shí)間范圍之內(nèi)比擬適宜，這樣來(lái)慢慢試：For(num=0;num<100;num++){For(time=0;time<100;time++) {IN1=1;IN2=1;IN3=0;IN4=0;Delay(num*1000);IN1=0;IN2=1;IN3=1;IN4=0;Delay(num*1000);IN1=0;IN2=0;IN3=1;IN4=1;Delay(num*1000);IN1=1;IN2=0;IN3=0;IN4=1;Delay(num*1000);}}程序里面，num是用來(lái)調(diào)整每次延時(shí)時(shí)長(zhǎng)的，time是做為每次一個(gè)固定時(shí)長(zhǎng)讓電機(jī)轉(zhuǎn)一定的時(shí)間，因?yàn)槲覀儾豢梢宰岆姍C(jī)一直變變變，而需要變一下轉(zhuǎn)幾圈看看合不適宜，就是這樣的道理了，通過這種方法大家可以大概知道電機(jī)適時(shí)多長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)比擬適宜，在一個(gè)適合的延時(shí)里電機(jī)才能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，不同的延時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同。下面提供一些C51的程序代碼〔注：這些是在另一份資料找到的，非本人所寫，在這里感謝原作者的無(wú)私〕：C51程序代碼為：代碼一#include<AT89X51.h>staticunsignedintcount;staticunsignedintendcount;voiddelay();voidmain(void)

{

count=0;

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;

EA=1;

//允許CPU中斷

TMOD=0x11;

//設(shè)定時(shí)器0和1為16位模式1

ET0=1;

//定時(shí)器0中斷允許

TH0=0xFC;

TL0=0x18;

//設(shè)定時(shí)每隔1ms中斷一次

TR0=1;

//開始計(jì)數(shù)startrun:

P1_3=0;

P1_0=1;

delay();

P1_0=0;

P1_1=1;

delay();

P1_1=0;

P1_2=1;

delay();

P1_2=0;

P1_3=1;

delay();gotostartrun;

}//定時(shí)器0中斷處理voidtimeint(void)interrupt1

{

TH0=0xFC;

TL0=0x18;//設(shè)定時(shí)每隔1ms中斷一次

count++;

}voiddelay()

{

endcount=2;

count=0;do{}while(count<endcount);

}將上面的程序編譯，用ISP下載線下載至單片機(jī)運(yùn)行，步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了，初步告捷！不過，上面的程序還只是實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的初步控制，速度和方向的控制還不夠靈活，另外，由于沒有利用步進(jìn)電機(jī)內(nèi)線圈之間的“中間狀態(tài)〞，步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為18度。所以，我將程序代碼改良了一下，如下：代碼二#include<AT89X51.h>staticunsignedintcount;staticintstep_index;voiddelay(unsignedintendcount);voidgorun(bitturn,unsignedintspeedlevel);voidmain(void)

{

count=0;

step_index=0;

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;

EA=1;

//允許CPU中斷

TMOD=0x11;//設(shè)定時(shí)器0和1為16位模式1

ET0=1;

//定時(shí)器0中斷允許

TH0=0xFE;

TL0=0x0C;

//設(shè)定時(shí)每隔0.5ms中斷一次

TR0=1;

//開始計(jì)數(shù)do{

gorun(1,60);

}while(1);}//定時(shí)器0中斷處理voidtimeint(void)interrupt1

{

TH0=0xFE;

TL0=0x0C;//設(shè)定時(shí)每隔0.5ms中斷一次

count++;

}voiddelay(unsignedintendcount)

{

count=0;do{}while(count<endcount);

}voidgorun(bitturn,unsignedintspeedlevel)

{switch(step_index)

{case0:

P1_0=1;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;break;case1:

P1_0=1;

P1_1=1;

P1_2=0;

P1_3=0;break;case2:

P1_0=0;

P1_1=1;

P1_2=0;

P1_3=0;break;case3:

P1_0=0;

P1_1=1;

P1_2=1;

P1_3=0;break;case4:

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=1;

P1_3=0;break;case5:

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=1;

P1_3=1;break;case6:

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=1;break;case7:

P1_0=1;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=1;

}

delay(speedlevel);if(turn==0)

{

step_index++;if(step_index>7)

step_index=0;

}else

{

step_index--;if(step_index<0)

step_index=7;

}

}改良的代碼能實(shí)現(xiàn)速度和方向的控制，而且，通過step_index靜態(tài)全局變量能“記住〞步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)位置，下次調(diào)用gorun〔〕函數(shù)時(shí)那么可直接從上次步進(jìn)位置繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確步進(jìn)；另外，由于利用了步進(jìn)電機(jī)內(nèi)線圈之間的“中間狀態(tài)〞，步進(jìn)角度減小了一半，只為9度，低速運(yùn)轉(zhuǎn)也相對(duì)穩(wěn)定一些了。但是，在代碼二中，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制是在主函數(shù)中，如果程序還需執(zhí)行其它任務(wù)，那么有可能使步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)收到影響，另外還有其它方面的不便，總之不是很完美的控制。所以我又將代碼再次改良：代碼三#include<AT89X51.h>staticunsignedintcount;

//計(jì)數(shù)staticintstep_index;

//步進(jìn)索引數(shù)，值為0－7staticbitturn;

//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向staticbitstop_flag;

//步進(jìn)電機(jī)停止標(biāo)志staticintspeedlevel;//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，數(shù)值越大速度越慢，最小值為1，速度最快staticintspcount;

//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)計(jì)數(shù)voiddelay(unsignedintendcount);

//延時(shí)函數(shù)，延時(shí)為endcount*0.5毫秒voidgorun();

//步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)函數(shù)voidmain(void)

{

count=0;

step_index=0;

spcount=0;

stop_flag=0;

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;

EA=1;

//允許CPU中斷

TMOD=0x11;//設(shè)定時(shí)器0和1為16位模式1

ET0=1;

//定時(shí)器0中斷允許

TH0=0xFE;

TL0=0x0C;

//設(shè)定時(shí)每隔0.5ms中斷一次

TR0=1;

//開始計(jì)數(shù)

turn=0;

speedlevel=2;

delay(10000);

speedlevel=1;do{

speedlevel=2;

delay(10000);

speedlevel=1;

delay(10000);

stop_flag=1;

delay(10000);

stop_flag=0;

}while(1);}//定時(shí)器0中斷處理

voidtimeint(void)interrupt1

{

TH0=0xFE;

TL0=0x0C;//設(shè)定時(shí)每隔0.5ms中斷一次

count++;

spcount--;if(spcount<=0)

{

spcount=speedlevel;

gorun();

}}voiddelay(unsignedintendcount)

{

count=0;do{}while(count<endcount);

}voidgorun()

{if(stop_flag==1)

{

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;return;

}switch(step_index)

{case0://0

P1_0=1;

P1_1=0;

P1_2=0;

P1_3=0;break;case1://0、1

P1_0=1;

P1_1=1;

P1_2=0;

P1_3=0;break;case2://1

P1_0=0;

P1_1=1;

P1_2=0;

P1_3=0;break;case3://1、2

P1_0=0;

P1_1=1;

P1_2=1;

P1_3=0;break;case4:

//2

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=1;

P1_3=0;break;case5://2、3

P1_0=0;

P1_1=0;

P1_2=1;

P1_3=1;break;case6://3

P1_0=0;

P1_1=0