步进电机驱动的实现方法
步进电机的驱动原理
步进电机的驱动原理
步进电机的驱动原理可以通过以下几点来解释：
1. 电磁驱动：步进电机内部通常包含多个线圈，每个线圈都有一对电极。
通过交替通电来激励这些线圈，可以产生磁场。
这个磁场与固定磁铁或其他线圈的磁场相互作用，从而使电机转动。
2. 步进角度：步进电机的转动一般是围绕其轴心以一定的步进角度进行的。
这个步进角度是由电机的结构和驱动信号决定的。
常见的步进角度有1.8度、0.9度、0.72度等。
通过适当的电
流驱动和控制信号，可以实现电机按照这些角度进行准确的转动。
3. 控制信号：步进电机一般需要外部的电流驱动器或控制器来提供适当的电流和控制信号。
这些控制信号通常是脉冲信号，通过改变脉冲的频率、宽度和方向，可以控制电机的转动速度和方向。
4. 开环控制：步进电机的控制通常是开环控制，即没有反馈回路来监测电机的实际位置和速度。
控制信号是基于预先设定的脉冲数目和频率来驱动电机的。
因此，步进电机在运行过程中可能存在累积误差，特别是在高速运动或长时间运行的情况下。
总而言之，步进电机的驱动原理是通过控制电流、改变磁场以及控制信号的脉冲，实现电机按照设定的步进角度进行准确转动的过程。
2相4线步进电机 驱动原理
2相4线步进电机驱动原理2相4线步进电机是一种常见的步进电机类型，它由两组线圈组成，每组线圈有两根引线。
它具有较高的分辨率和较低的振动噪音，广泛应用于打印机、3D打印机、数控机床等领域。
驱动原理是指如何实现步进电机的精确控制和转动。
1.电路结构：2相4线步进电机的驱动电路通常采用H桥电路。
H桥电路由4个功率晶体管（MOSFET）组成，分为上下两个桥，每个桥由两个晶体管组成。
上桥、下桥分别与步进电机的两个线圈相连。
2.相序控制：步进电机的转动是通过给线圈施加电流来实现的。
相序控制是指按照一定的顺序给线圈施加电流，以使电机按照设定的步进角度转动。
2相4线步进电机的相序控制有两种方式：全步进控制和半步进控制。
全步进控制是指每次给线圈施加一个相位的电流，使得电机转动一个步进角度。
如A相线圈为高电平，B相线圈为低电平，则电机转动一个步进角度。
然后保持两个相位的电平状态不变，电机保持静止。
半步进控制是在全步进控制的基础上，通过改变线圈的电流方向和大小，使电机转动一个半步进角度。
首先给A相线圈施加高电平，电机转动一个步进角度，然后将A相线圈变为低电平，同时给B相线圈施加高电平，电机再转动一个步进角度。
这样，电机将以更小的角度精确转动。
3.驱动方式：步进电机的驱动方式有两种：双极性和单极性。
双极性驱动是指在步进电机的两个线圈中，每个线圈有两个施加电流的方向，即正向和反向。
这种驱动方式可以实现较高的转动力矩。
单极性驱动是指每个线圈只有一个施加电流的方向，另一个方向不施加电流。
这种驱动方式可以简化驱动电路的设计，但转动力矩相对较小。
4.驱动器选择：对于2相4线步进电机，需要选择合适的驱动器。
驱动器是电机与控制信号之间的接口电路，可以根据输入信号控制电机转动。
驱动器通常具有以下功能：-产生恰当的相序控制信号-控制每个线圈的电流-限制电流的峰值和保护电机常见的驱动器有步进电机芯片、步进电机驱动板等。
在选择驱动器时，需要考虑电机的电流和电压要求、控制信号的格式和接口、驱动器的工作温度等因素。
两相步进电机 驱动算法
两相步进电机驱动算法一、概述两相步进电机是一种广泛应用于各种自动化设备中的微特电机，通过控制电机的驱动信号，可以实现电机的正反转、速度和精度的控制。
为了实现精确的控制，需要合理的驱动算法。
二、驱动原理两相步进电机通常采用两种通电方式：正向通电和反向通电。
在正向通电状态下，电机顺时针旋转；在反向通电状态下，电机逆时针旋转。
通过控制电机的通电顺序和脉冲频率，可以实现电机的精确控制。
三、驱动算法1.初始化阶段：在开始驱动两相步进电机之前，需要进行一些初始化设置，包括设定电机的转速、精度等参数。
同时，还需要设置驱动器的参数，如电流、电压等。
2.脉冲分配算法：根据设定的转速和精度，需要计算出每个时刻应该发送的脉冲数量和脉冲频率。
常用的脉冲分配算法有八步法、七步法等，可以根据实际需求选择合适的算法。
3.电流控制算法：两相步进电机的驱动电流直接影响电机的转速和精度，因此需要采用合适的电流控制算法。
常用的电流控制算法有恒流控制、斩波控制等，可以根据电机的性能和实际需求选择合适的算法。
4.微分电流控制：为了实现更好的动态响应和控制精度，可以引入微分电流控制算法。
该算法通过对电流的变化趋势进行微分，提前发送一定量的脉冲，使电机提前达到所需的转速和精度。
5.防抖动处理：在发送脉冲后，需要检测电机是否产生了抖动。
如果产生了抖动，可能是由于脉冲信号的微小波动或机械振动引起的，需要重新计算脉冲数量和频率。
四、注意事项1.避免使用不当的脉冲分配算法和电流控制算法，以免影响电机的性能和精度。
2.在调整驱动参数时，应逐步调整，逐步测试，确保电机在各种工况下都能稳定运行。
3.在使用过程中，应注意电机的维护和保养，定期检查电机的机械部件和电气部件是否正常。
五、总结两相步进电机的驱动算法是实现电机精确控制的关键。
合理的脉冲分配算法和电流控制算法可以提高电机的性能和精度，而微分电流控制和防抖动处理则可以更好地应对动态响应和控制精度的问题。
步进电机驱动细分原理
步进电机驱动细分原理
步进电机驱动细分原理是通过改变电流波形来实现对步进电机精细控制的一种方法。
在传统的双极性驱动方式中，每一相都只有两种状态：激活和不激活。
而细分驱动则将每一相的激活状态进行进一步细分，使得电流具有更多个离散的状态。
细分驱动的基本原理是通过改变驱动器输出的电流波形来实现对步进电机转子位置的微调。
具体来说，细分驱动使用一种特殊的电流控制技术，将总电流周期性地细分成多个小的电流脉冲。
通过改变电流脉冲的大小和时序，可以在每一个基本步进角度上进行更细致的位置控制。
通常，在步进电机驱动器中使用的细分驱动方式有全步进和半步进两种。
全步进是最基本的细分方式，在一个完整的电流周期内将电流波形分为两个相等的部分，每个部分激活的时间持续一个基本步进角度。
而半步进则是在全步进的基础上，对激活时间进行了进一步细分，使得每个部分激活的时间只有全步进时间的一半，从而实现了更精细的位置控制。
细分驱动的实现离不开现代步进电机驱动器中的电流控制电路。
这些电路通常包括高性能的电流感应器、精确的分流器和多级放大器等。
通过这些电路的协同作用，细分驱动器可以在每个细分步进角度上产生相应大小和时序的电流脉冲，实现对步进电机位置的微调控制。
总而言之，步进电机驱动细分原理是通过改变电流波形来实现
对步进电机位置的微调。
通过细分驱动方式，可以获得更精细的步进角度控制，提高步进电机的定位精度和运动平滑性。
脉宽调制(PWM)实现步进电机的细分驱动技术
脉宽调制(PWM)实现步进电机的细分驱动技术作者：时念科吴美莲来源：《硅谷》2011年第17期摘要：步进电机作为一种控制电机，其控制精度（分辨率）取决于步距角的大小，单纯地靠机械手段降低其步距角是有限的。
常采用细分驱动技术。
着重介绍脉宽调制（PWM）实现的步进电机细分驱动技术，该技术不仅可以提高步進电机的分辨率，还可以克服步进电机在低速时易出现的低频振动现象。
关键词：步进电机；步距角；矩角特性；脉宽调制（PWM）；细分驱动中图分类号：TP275 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0910039－010 前言步进电机作为控制电机，在机电一体化系统的执行装置中有独特的应用，该电机的控制精度（分辨率）取决于其步距角α的大小，步距角越小，分辨率也越高。
由于步距角α=3600/KMZ，（其中K为供电方式，三拍供电：K=1；六拍供电：K=2；M为定子相数；Z 为转子齿数）。
受机械加工技术的限制，定子的相数和转子的齿数都是有限的，所以步进电机的步距角就不可能无限小，一般为几分到几十度。
另外，步进电机在低速运转时易出现低频振动现象，其振动频率与负载情况和驱动器性能有关，共振时易造成设备损坏等严重情况，并伴有刺耳的啸叫声。
为改善步进电机的运行质量和提高分辨率，常采用在电机上加阻尼器或在驱动器上采用细分技术，本文就步进电机的细分驱动技术作简单介绍。
1 步进电机的细分驱动技术原理步进电机细分驱动控制就是通过脉宽调制（PWM），对步进电机的驱动脉冲进行细分，将一个脉冲驱动信号细分为若干个小的脉冲，这样各相绕组中电流就按设定的规律阶梯上升和下降，从而获得相电流从最小到最大的多个中间稳定状态，各相的合成磁场也就有多个稳定的中间状态，转子就按这些中间状态以微步距转动。
1.1 首先介绍步进电机的静态特性——距角特性静态特性是指步进电机绕组电流为恒定值，转子静止不转时表现出的机械特性，也叫矩——角特性。
空载时，当且仅当某相通电并保持，此时，转子相应的齿与该相定子对齐，这时转子不输出电磁转矩。
PLC如何控制步进电机
PLC如何控制步进电机PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制设备，通过输入/输出模块对各种机电设备进行控制。
在PLC系统中，步进电机是常见的执行元件之一，它具有准确的位置控制和高的加减速性能。
本文将介绍PLC如何控制步进电机，包括步进电机的驱动方式、PLC的控制原理及步进电机控制的程序设计。
一、步进电机的驱动方式1.串行通信驱动方式：步进电机通过串行通信驱动方式与PLC进行通信和控制。
首先，将PLC与串行通信模块相连，通过串行通信模块与步进电机控制器进行通信。
PLC通过串行通信模块发送指令，步进电机控制器接收指令后控制步进电机运动。
2.并行通信驱动方式：步进电机通过并行通信驱动方式与PLC进行通信和控制。
与串行通信驱动方式类似，首先将PLC与并行通信模块相连，通过并行通信模块与步进电机控制器进行通信。
PLC通过并行通信模块发送指令，步进电机控制器接收指令后控制步进电机运动。
3.脉冲驱动方式：步进电机通过脉冲驱动方式与PLC进行通信和控制。
在脉冲驱动方式中，需要PLC输出脉冲信号控制步进电机。
通常情况下，PLC将脉冲信号传递给步进电机驱动器，在驱动器中产生相应的控制信号，实现对步进电机的控制。
二、PLC的控制原理PLC作为控制器，一般采用扫描运行方式。
其运行原理如下：1.输入信号读取：PLC将外部输入信号输入到输入模块中，采集输入信号，并将其从输入模块传递给中央处理器（CPU）进行处理。
2. 程序执行：CPU根据事先编写好的程序进行处理，包括数据处理、逻辑运算和控制计算等。
PLC程序一般采用ladder diagram（梯形图）进行编写。
3.输出信号控制：根据程序的执行结果，CPU将处理好的数据通过输出模块发送给外部设备，用于控制和操作外部设备。
三、步进电机控制的程序设计步进电机的控制程序主要包括参数设定、模式选择、起停控制、运动控制等部分。
下面以一个简单的例子来说明步进电机控制的程序设计过程：1.参数设定：首先需要设定步进电机的一些参数，如电机型号、步距角度、运动速度等。
步进电机细分驱动原理
步进电机细分驱动原理
步进电机细分驱动原理是指通过驱动电路将步进电机的每一步细分为更小的步数，从而使步进电机的转动角度更精确。
细分驱动原理的关键在于通过改变驱动电流的大小和方向来实现步进电机每一步的控制。
常见的细分驱动方式有全步细分和微步细分两种。
在全步细分中，驱动电路会根据输入的脉冲信号，按照步进电机的步距角度来控制电流大小和方向。
比如在单相全步细分驱动中，每个脉冲信号对应一个步进角度，驱动电路会根据脉冲信号的频率和方向控制电流的大小和方向，从而实现步进电机的转动。
在微步细分中，驱动电路将每一步细分为更小的步数，从而使步进电机的转动更加平滑和精确。
微步细分驱动通常采用PWM（脉宽调制）技术，通过调节电流的占空比来实现细分
控制。
例如，当需要将每一步细分为10个微步时，驱动电路
会根据输入的脉冲信号和PWM调制信号，以较高的频率控制
电流的开关状态和占空比，从而实现步进电机的微步细分控制。
细分驱动原理的核心是通过改变驱动电流的大小和方向来控制步进电机的转动角度。
通过细分驱动，可以使步进电机的转动更加平滑和精确，从而满足一些对转动精度要求较高的应用场景。
步进电机驱动器方案
步进电机驱动器方案引言步进电机是一种能够将电力信号转化为机械运动的设备，被广泛应用于各种自动化系统中。
步进电机的驱动方式决定了其在系统中的性能和精度。
本文将介绍几种常见的步进电机驱动器方案，分析其特点和适用范围。
一、直流驱动器方案直流驱动器是一种最常见的步进电机驱动器方案之一。
它通过直流电源和H桥电路来控制步进电机的旋转。
该方案具有以下特点：1. 简单可靠：直流驱动器方案的电路相对简单，易于实现和维护。
2. 精度较低：由于直流驱动器方案无法提供闭环控制和精确的电流驱动，因此其驱动精度相对较低。
3. 适用范围广：直流驱动器方案适用于一些要求不那么高的应用场景，如低精度打印机、门禁系统等。
二、脉冲驱动器方案脉冲驱动器方案采用脉冲信号控制步进电机的运动。
它通过控制脉冲信号的频率、峰值和占空比来实现步进电机的转动。
该方案具有以下特点：1. 高精度：脉冲驱动器方案可以实现高精度的控制，可达到微步驱动，提高系统的运动精度。
2. 复杂控制：脉冲驱动器方案需要精确控制脉冲信号的参数，对控制系统的算法和硬件要求较高。
3. 应用广泛：脉冲驱动器方案适用于许多要求高精度控制的场景，如制造业中的自动化装配线、精密仪器等。
三、闭环控制驱动方案闭环控制驱动方案是一种通过反馈控制来实现步进电机控制的方案。
它通过传感器反馈步进电机的位置信息，实时调整驱动信号，以达到精确控制的目的。
该方案具有以下特点：1. 高精度：闭环控制驱动方案可以实现非常高的位置控制精度，减小步进电机的非线性误差和震动。
2. 复杂昂贵：闭环控制驱动方案的实现较为复杂，需要采用传感器进行位置反馈，同时增加了硬件和算法的成本。
3. 高要求应用：闭环控制驱动方案适用于对位置精度要求极高的场景，如医疗设备、半导体制造等。
结论在步进电机的驱动器方案中，直流驱动器方案简单可靠，适用于一些不对精度要求过高的应用场景。
脉冲驱动器方案具有较高的控制精度，适用于大多数精密控制应用。
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表１仿真结果
［２］陈宝江，翟涌，张幽彤，等．ＭＣＳ单片机应用系统实用指南．北京： 机械工业出版社，１９９７． ［３］ 钟约先，林亨．机械系统计算机控制．北京：清华大学出版社，
２００】．
下期要目预告
＊光纤电压传感器传感头的设计 ＊互补偿型光纤双向应变——位移点式传感器 ＊薄膜工艺制备乳酸传感器 ＊ＰＴＣＲ欧姆接触电极制备方法现状 ＊一种集成便携式硝酸盐浓度快速检测仪 ＊一种基于ＰＣ／１０４的柴油机快速检测仪 ＊用于挡水闸门的智能型明渠流量计的研制 ＊基于虚拟仪器的测量分析系统 ＊基于虚拟仪器技术的光栅位移测量系统 ＊基于ＰＬＣ自由口通信的应用 ＊扫频谐振式电磁波浓度计的研究 ＊基于ＴＩＮＩ的嵌入式数字图像采集系统 ＊基于ＡＴ８９Ｃ５１的温度采集控制系统设计 ＊ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线智能从站通信协议研究 ＊ＶＸＩ总线模块的中断研究
２００４年 第１ １期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２００４ Ｎｏ．１ １
步进电机驱动的实现方法
周忠辉
（宁波机械工业学校，浙江宁波３１５０１０） 摘要：随着工业自动化的发展，步进电机的应用越来越广泛，步进电机是一种用于开环控制的驱动 元件。阐述了步进电机的工作原理和特性，提出了基于单片机控制的步进电机驱动实现方法及软硬件 设计方法。 关键词：步进电机；脉冲；驱动；分配器
中图分类号：ＴＭ３８３
文献标识码：Ａ Ｗａｙ （Ｎｉ衅，ｏ Ｓｃｈｏｏｌ
文章编号：１００２—１８４１（２００４）１１—００６１—０２
ｔｏ Ｄｒｉｖｅ Ｓｔｅｐｐｅｒ
Ｍｏｔｏｒ
ｚ］【ＩＯＵ Ｚｈｏｎｇ－ｈｕｉ
ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｎｉｎｓｂｏ
３１５０１０，Ｃｈｉｎａ）
ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｓｔｅｐｐｅｒ ｍｏｔｏｒ ｈａｓ
表等领域。 ３步进电机驱动方法及软硬件实现
步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配
收稿日期：２００４～０７—２０ 收修改稿日期：２００４—０８—０８
万方数据
６２
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｎｏｖ．２００４
由０ １方式分配变化的时问延时来确定。
墨
读开关状态
置转速常数
步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优 点，因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其 他驱动元件相比，有明显优点：通常不需要反馈就能 对位移或速度进行精确控制；输出的转角或位移精度 高，误差不会积累；控制系统结构简单，与数字设备兼 容，价格便宜。因此，虽然直流电机伺服系统、交流电 机伺服系统在计算机控制系统中被普遍地使用，但步 进电机仍广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器、仪
［３］马兴义，杨立群．Ｍａｔｌａｂ ６应用开发指南．
万方数据
延时
图２步进电机连接图
置输出口地址
Ｎ
３．３软件设计 编程采用查表法来实现，首先将步进电机通电方 式运行逻辑数据列成表格，存入计算机指定内存，并 设置数据指针，指针自动向下移动或向上移动一组数 据，使步进电机按规定的通电励磁方式运行。步进电 机通电方式数据表格如表１。
表１通电方式数据
逆转 正转 芏！圣 芏！兰 ！！坠 芏！！ ￡！兰 尘！
引言
器和功率放大器３部分，如图１所示。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的机电 执行元件。每外加一个控制脉冲，电机就运行一步， 故称为步进电机或脉冲马达。通俗一点讲：当步进电 机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（步进角）。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。步进电机可以作 为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精 度为１００％）的特点，广泛应用于各种开环控制。
参考文献 ［１］吴金戌，沈庆阳，郭庭吉．８０５１单片机实践与应用．北京：学苑出版
社，１９９３．
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塑
程序流程图如图３所示。 ３．４功率放大器 功率放大器又称驱动电路，其作用是将脉冲发生 器的输出脉冲进行功率放大，给步进电机相绕组提供 足够的电流，驱动步进电机正常工作。对功率放大器 的要求包括：能提供足够的幅值；前后沿较陡的励磁 电流；功耗小，效率高；运行稳定可靠，便于维修而且 成本低。 （上接第６０页）计工作移到计算机上完成，可省去每一 次参数配置的实现以及传感器性能的繁琐测试工作；
２步进电机的特点
图１步进电机驱动的组成框图
３．１变频信号源 变频信号源是一个脉冲频率能由几Ｈｚ到几十 ｋＨｚ连续变化的脉冲信号发生器，常见的有多谐振荡 器和单结晶体器构成的弛张振荡器，它们都是通过调 节Ｒ和Ｃ的大小，以改变充放电的时间常数，得到各 种频率的脉冲信号。
３．２脉冲分配器
脉冲分配器又称环形分配器，它根据运行指令按 一定的逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进 电机的各相绕组，使步进电机按一定的方式运行，并 实现正反转控制和定位。脉冲分配器的功能可以用 硬件来实现，也可以用软件来实现。 首先采用ＭＣＳ８０５１单片机来驱动步进电机，并要求 程序简单输出４位稳定而有序的ｌ和０到一个锁存口 上，锁存口的４个引脚连接到４个晶体管的基极，步进 电机的４个线圈连接到相应晶体管的集电极，晶体管的 发射极接地，单个线圈的连接如图２。每个线圈从电源 中得到适当的直流电压，由单片机输出０和１的组合代 码到晶体管的基极，基极为１时，连接到晶体管上的线 圈中有电流流过，基极为０时，则无电流通过。在锁存 口上的ｌ和０的分布时序产生步进电机４个线圈通电、 断电的适当时序，从而产生精确的转动步矩，它的速率
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４结束语
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步进电机驱动系统，在当今信息社会Ｅｔ趋重要， 电脑外围的一些装置更是不可缺少，如磁盘机、打印 机、绘图机等，又如ＣＮＣ机，机械人，仪器、仪表等各种 信息工业产品中，都以步进电机作为其传动的重心。
注：输入为阶跃信号；允许相对误差ｌ ｒｌ≤５％
其仿真功能可以直接对参数的配置效果进行仿真，以 图形输出、便于评价，所以这种方法可以有效地指导 传感器设计。
参考文献 ［１］黄俊钦．静、动态数学模型的使用建模方法．北京：机械工业出版
社．
［２］
徐科军．传感器动态特性的实用研究方法．合肥：中国科学技术大 学出版社，１９９９．
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