浅谈步进电机的单片机控制

李利文

阐述了步进电机的工作原理，并在此基础上就步进电机的单片机控制做一些探讨。

步进电机三相六拍单片机定位控制速度控制

一、引言

在工业生产、制动控制、数控机床和机器人中常用到步进电机。步进电机具有结构简单、制造成本低，转子转动惯性小，性能可靠，反应灵敏，调速范围大等特点，而且通过步进电机可以达到定位控制的目的。下面先对步进电机的工作原理作简单介绍，然后说明使用单片机对步进电机进行驱动控制的方法。

二、步进电机工作原理

步进电机是利用电磁铁的作用原理，将电脉冲信号转换成角位移或线位移的执行机构。

步进电机运动的动力来自电磁力。在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，定子小齿与转子小齿对齐，并处于平衡状态，该状态称为对齿；定子小齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿。若在某瞬间，当某一相处于对齿状态时，其他相必须处于错齿状态，错齿的存在是步进电机旋转的前提条件。

步进电机的运行方式有三相三拍和三相六拍两种运行方式。

1.三相三拍运行方式

三相三拍运行方式是指定子上A、B、C三相绕组分别依次通入脉冲电流，驱动转子转动的运行方式。每改变一次通电方式，步进电机转动一步，称一拍。

（1）当A相通电时，B、C相不通电。此时A相定子上的齿与转子上的齿对齐，迫使电机旋转3°；B相定子上的齿顺时针超前转子上相应齿3°，C相定子上的齿顺时针超前转子上相应齿6°。

（2）同理B相通电时，B相齿对齐，电机旋转3°；C相超前3°，A相超前6°；C相通电时，C相齿对齐，电机旋转3°；A相超前3°，B相超前6°。

假如某次通电后，下一个控制脉冲不再来，则电机转子齿与某相对齐后停止旋转，这种状态通常称为定位状态。

2.三相六拍运行方式

三相六拍运行方式是指三相步进电机绕组按A→AB→B→BC→C→CA顺序循环通以脉冲电流，驱动转子转动的运行方式。

步进电机的运行特点如下：

（1）来一个脉冲，转一个步距角。

（2）控制脉冲频率，可控制电机转速。

（3）改变各相绕组通电方式（即脉冲分配方式），可改变电机运行方式。

（4）改变各绕组的通电顺序，可改变电机运转方向。

3.步进电机的转速

三、步进电机的单片机控制

（1）角度控制。角度控制是指由步进电机带动某一转轴旋转一定的角度。

（2）位移控制。位移控制是指由步进电机带动某一物体直线运动到某一位置，如机床上刀架的移动和进刀等。

3.步进电机调速控制

在实际应用中，不仅需要精确的定位控制，往往还要求在规定的时间内完成定位，这就需要物体按规定的速度运行，实际就是控制步进电机的转速。只要控制单片机输出驱动电流脉冲的频率，便可完成对步进电机转速的控制。

四、结束语

由于电力、电子技术的发展，新型永磁材料研制上的突破，促进了步进电机的飞速发展。而步进电机的步距（转速）只取决于脉冲频率，因而抗干扰能力强，在不丢步的情况下，角位移的误差也不会长期积累，能实现高精度的定位控制。所以，只要严格控制输出驱动脉冲的频率，便能精确控制步进电机起动、停止、正反转及调速，实现精确的定位控制和速度控制。

参考文献：

[1]电机与变压器（第四版）[M].中国劳动社会保障出版社，2008.3.

[2]陈建铎.Intel单片机应用技术[M].1988.8.