步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动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和加速度，从而达到调速的目的。

1.工作原理

按定子上的相数来分，有单相、二相、三相、四相和五相，基本工作原理相同，下面按四相步进电机说明其工作原理。四相步进电机内部结构示意图如图5.16所示。

图5.16　四相步进电机内部结构示意图

0～5为转子，上面带有永磁体。ABCD为定子，上面绕有线圈，为四相。与之相对应的对面四个定子上面也有线圈，相对应的两个定子之间的线圈是相互连接的，形成一个绕组。

（1）单四拍模式。如当前为初始状态，B相导通，对0的吸引力最大。接下来B断开，C导通，1和C相之间夹角最小被吸引过去；被吸引过去之前2和D相之间夹角为1和C相之间夹角的2倍；1被吸引到C以后，2和D之间最近，此时0和A之间的夹角为2和D之间的2倍；接下来C断开，D导通，2被吸引到D，此时0距离A最近；D断开，A导通，0被吸引到A相，至此一个周期完成。旋转角度为360°/8=45°。

一个周期，四拍，每拍旋转角度为360°/8/4=11.25°。以上过程为单四拍。另外，还有双四拍。双四拍和单四拍每次转动角度一样，但力矩较大。

（2）八拍模式。每次转动角度是四拍的一半，精度较高，力矩也比较大，是驱动此类型步进电机的常用方法。每8个节拍为一个周期，所以转动角度为360°/8/8=5.625°，即64个拍（脉冲一个周期）。

步距角指每一拍转子转过的机械角度，步距角与定子相数、转子齿数和拍数（通电方式）有关。

在实际应用中将图5.16的开关由具体电路控制，按四或八拍模式控制电机运行，同时按上述每相输入顺序的不同实现正转、反转，以及通过每相导通的快慢控制电机的转速。

2.步进电机编程

步进电机编程一般分以下几步。(www.daowen.com)

（1）了解和分析使用步进电机电气参数，获得编程所需要的参数。

例如：淘宝上目前售卖较多的“DC 5V 4相5线步进电机+步进电机驱动板28YBJ-48减速步进电机”，卖家只给出了如图5.17所示的信息，如何进行编程控制呢？

图5.17　DC 5V 4相5线步进电机商家信息截图

①从步进角度为5.625x1/64可知，该步进电机为八拍，若正转顺为A-AB-B-BC-C-CDD-DA相，反转顺序与正转倒置即可，减速比为1/64。运行角速度为360°/64个脉冲。

②从使用的驱动芯片uln2003可知，该芯片引脚输出电流很小，即4096个脉冲/360度。灌电流很大（500mA），由此可知，步进电机公共端接正电源，各相导通需低电平控制。由于uln2003是反相放大芯片，则每相导通控制输入需要高电平有效。

（2）分配GPIO与模块接线（如：PA0接INA、PA1接INB……）。

（3）确定编程方案，如脉冲时间与频率控制使用延时、定时器、PWM等。

（4）初始化配置。

（5）根据要求完成指定的控制（如正转180度/秒、反转360度/秒等）。

重要提示

对具体外设编程，一定先了解和分析设备，从设备的电气参数、运行原理获得编程思路和方案，最后再决定使用何种方法编程以实现具体的功能。