微型步进电机的驱动系统
一种微型步进电机的驱动设计
一种微型步进电机的驱动设计李志新张晓健本文介绍了一种微型步进电机的工作、驱动原理和硬件、程序设计，可用于各种小型机电设备如微型云台、玩具等的应用。
步进电机是一种控制用的特种电机，具有精度高、可开环控制的特点，可广泛应用于各种低速、高精度定位的智能建筑监控、工业自动化控制系统中。
笔者在设计网络摄像机微型云台时用到了一种微型步进电机，现将该步进电机的工作原理、驱动方法说明如下。
1．步进电机的应用原理步进电机可以将电脉冲转换成特定的旋转运动，当它收到一个脉冲信号后，就会按照设定的方向转动一个固定的角度（即步距角），通过控制脉冲个数就可以控制电机转动的角度，通过控制脉冲频率则可以控制电机的速度和加速度，达到调速的目的。
在不超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，而与负载变化无关，是一种线性关系，因而可用于精确位置控制。
步进电机具有如下特点：●转动位移与输入脉冲数严格对应，步距误差不会累积，可以组成结构简单且有一定精度的开环控制系统；●可以使用数字信号直接进行开环控制，简单、廉价；●易于起动、停止、正反转及变速，响应性好；●停转时有自锁能力；●可很方便地实现在超低速下高精度稳定运行，通常可以不经过减速器直接驱动负载；●电机速度可在相当宽范围内平滑调节，可以使用一台驱动控制器同时控制几台步进电机完全同步运行。
本设计中使用的是一种型号为HYH-25BYJ-5V的微型步进电机，该电机使用DC5V供电，可以使用单片机进行控制，十分适合于各种小型机电自动控制系统。
该步进电机内部有4相绕组，外引5根控制线，如图1所示，其中导线5接DC5V的“＋”极，导线1、2、3、4按照控制时序接DC5V的“－”极。
①电机的驱动采用四相八拍的方式，如表1所示。
表中“＋”表示接电源正极，“－”表示接电源负极。
如果按照A相导电、A相B相同时导电、B相导电，然后依次是BC、C、CD、D、AD的顺序分别导电，电机就实现了正转（从电机输出轴方向看逆时针旋转），这就是驱动电机的8拍（8种脉冲）。
mircrostep driver 原理
Microstep Driver，即微步驱动器，是用于控制步进电机的一种驱动器。
步进电机是一种特殊的电机，其旋转角度是由一系列离散的步进组成的，每个步进的角度是固定的。
Microstep Driver通过细分步进电机的步进来实现更精细的控制。
Microstep Driver的原理可以简单概括为以下几点：
1.电流控制：Microstep Driver通过控制步进电机各相电流的幅值和相位，来改
变电机产生的转矩和旋转方向。
电流的控制通常是通过功率电子开关（如MOSFET或IGBT）来实现的。
2.微步细分：传统的步进电机通常以固定的步距角旋转，例如1.8度（对于50
步进的电机）或0.9度（对于100步进的电机）。
然而，Microstep Driver通过细
分电流控制，使得步进电机能够以更小的步距角旋转，从而实现更精细的位置控制。
例
如，一个50步进的电机可以被细分为200或400微步，每步的角度就变为0.45度或0.225度。
3.运动平滑：由于Microstep Driver可以实现微步细分，因此步进电机的运动
更加平滑，减少了振动和噪音。
此外，微步控制还可以提高电机的定位精度和重复定位精度。
4.速度和加速度控制：Microstep Driver通常还具备速度和加速度控制能力，可
以实现对步进电机的平滑加速和减速，进一步提高运动性能和定位精度。
总之，Microstep Driver通过细分步进电机的步进来实现更精细的控制，提高了步进电机的运动性能和定位精度。
这种驱动器在需要高精度位置控制的应用中非常有用，如机器人、自动化设备、3D打印机等。
步进电机工作原理_步进电机及其驱动控制系统步进伺服
步进电机工作原理_步进电机及其驱动把握系统 - 步进伺服步进电机是一种脉冲把握的执行元件，可将输入脉冲转换为机械角位移。
每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。
脉冲数量——位移量脉冲频率——电机转速脉冲挨次——方向优点：结构简洁，价格廉价，工作牢靠。
缺点：简洁失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度，在低速时简洁产生振动（但恒流斩波驱动、细分驱动等新技术的综合应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。
）。
应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床的进给驱动。
步进电机工作原理按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例）。
反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。
两个相对的磁极组成一相。
步进电机的工作方式（通电挨次）可分为三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。
1）三相单三拍工作方式三相绕组联接方式：Y型三相绕组中的通电挨次为也可以为三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过30°。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的挨次。
（3）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自锁转矩，简洁产生失步，只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡。
2）三相六拍工作方式通电挨次为A→AB→B→BC→C→CA→A…（逆时针）A→AC→C→BC→B→BA→A…（顺时针）每步转过15°，步距角是三相三拍工作方式的一半。
三相六拍的特点：电机运转中始终有一相定子绕组通电，运转比较平稳。
3）双三拍工作方式定子绕组通电挨次为AB→BC→CA→AB…（转子逆时针旋转）AC→CB→BA→…（转子顺时针旋转）有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍旋转30°。
双三拍的特点：始终有一相定子绕组通电，工作比较平稳；避开了单三拍通电方式的缺点。
实际上步进电机转子齿数很多，齿数与步距角关系？例如：转子40个齿，定子仍是 3对磁极，三相六拍。
步进电动机驱动系统的基本知识
有关步进电动机驱动系统的基本知识1、系统常识：步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。
步进电动机驱动系统的性能，不但取决于步进电动机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣。
对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。
2、系统概述：步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。
当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电动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。
3、系统控制：步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。
控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的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。
4、用途：步进电动机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的发展（步进电动机驱动器性能提高），步进电动机的需求量与日俱增。
步进电动机在运行中精度没有积累误差的特点，使其广泛应用于各种自动化控制系统，特别是开环控制系统。
5、步进电机按结构分类：步进电动机也叫脉冲电机，包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）等。
（1）反应式步进电动机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电动机。
其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。
一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出（消耗功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到10‟）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行（指脉冲频率很低时）震荡时间较长；启动和运行频率较高。
（2）永磁式步进电动机：通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。
步进电机驱动方式(细分)概述
步进电机驱动方式（细分）概述众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。
三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。
本文主要描述这三种驱动的概述。
如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。
整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下：BB’→A’A→B’B→A A’→B B’下图是这种驱动方式的电流矢量分割图：可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。
下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图：可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。
使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。
但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱动器制造成本容易得到控制。
半步驱动对于半步驱动方式，电机是走一个半步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，半步驱动是每走一步，是走1.8°(3.6°/2)。
基于STM32的微型步进电机驱动控制器设计
3.2 控制器控制策略
STM32软件负责该模块的主控制器，首先让启动模式处于非启动状态（DISABLE），外部中断也处于关闭状态。一旦启动模式被打开，即点亮LED；其次，进行速度设置、细分系数设置以及旋转角度设置。睡眠模式下LED缓慢闪烁。具体该驱动控制器软件设计流程图。
4 结论
通过系统对软硬件进行调试，该控制器实现了对步进电机速度、细分系数、任意角度的设置，并达到了预期设定的目标。此控制器可以应用在相对比较精细的项目控制中，加快项目研发周期。该模块的主要缺陷就是输出驱动电流不够大，无法应用在扭力比较大的场合中，因此，通过上述对A4988模块的分析，可以再对A4988芯片进行改进，更换导通电阻小、驱动电流大的MOS管，实现电机驱动器的设计。
1.2 A4988的工作原理
为了更加清晰地分析A4988的工作原理，首先深入分析A4988的内部结构。为A4988的内部结构图和典型的外部电路连接图。
由图1所示，A4988有一个编译器（Translator），主要负责微控制器和驱动电路的信息交互。通过该编译器可产生DA信号，配合比较器辅助PWM锁存器修复衰减信号，并且该编译器能够产生逻辑电平控制逻辑控制器，逻辑控制器再配合电流调节器和N型MOS管驱动电压共同驱动两路全桥电路。电路中所标电容必须严格与技术文档中所给的相同，Rosc主要更改并修复衰减模式，接VDD自动修复衰减，接GND电流衰减设置为增减电流同时修复。SENSE1和SENSE2检测驱动输出电压，实则是实时检测输出电流，供电流调节器调节输出电流信号，形成闭环控制。因此SENSE1和SENSE2管脚连接的电阻非常关键，一般这个电阻的阻值在零点几欧姆左右。
（1）串口通信模块[6]：主要负责上位机和下位机通信。上位机通过串口通信模块发送相应的功能指令给下位机，下位机执行上位机的指令并控制A4988驱动器模块驱动步进电机。。
28hd微型步进电机使用方法
28hd微型步进电机使用方法一、概述在现代电子设备和机械设备中，步进电机广泛应用于各类控制系统中。
28hd微型步进电机是一种小型、高效、精确度较高的步进电机，本文将详细介绍28hd微型步进电机的使用方法，包括其结构、工作原理、电路连接以及使用注意事项等方面。
二、结构与工作原理28hd微型步进电机采用了分步电机技术，其主要由电机本体、转子、定子和驱动电路组成。
它的工作原理基于每次电流改变一小步，从而使得转子转动一定角度的原理。
通过电流变化引起转子磁场变化，从而控制转子的位置。
三、电路连接为了正确驱动28hd微型步进电机，我们需要正确地连接电路。
具体连接方式如下所示：1.将步进电机的四个线圈（通常标记为A+、A-、B+、B-）分别与驱动电路的相应输出端口相连。
2.在连接电路之前，确保驱动电路符合28h d微型步进电机的电气参数要求，以避免过流或过热等问题。
四、使用方法使用28hd微型步进电机的方法如下：1.首先，确定步进电机的转动方向。
根据所需的转动方向连接电路，一般正转和反转可以通过调换两个线圈的连接顺序来实现。
2.然后，根据具体需要，选择合适的驱动电压和电流。
这个取决于实际应用中步进电机所需的功率和速度。
3.接下来，编写控制程序或使用控制器来控制步进电机的运动。
根据实际需求，可以通过改变电流频率和顺序来控制步进电机的精度和速度。
4.最后，根据实际情况进行优化调试，以确保步进电机的运动效果符合预期。
五、使用注意事项在使用28h d微型步进电机时，需要注意以下事项：1.驱动电压和电流不要超过步进电机的额定参数，以避免过载损坏电机。
2.在连接电路时，确保正常接地和正确连接，防止短路或电路故障。
3.在操作步进电机时，避免频繁启动和停止，以减少机械应力和电机损坏的风险。
4.定期检查电机的运行状态，及时清洁电机表面的灰尘和杂物，以维护电机的正常工作。
5.如果需要更高的精度和速度，可以考虑使用专业驱动器或控制器，并根据厂家提供的说明进行正确操作。
步进电机控制系统原理
2、步进电机控制系统原理
三相单三拍
PC.7
PC.6
PC.5
PC.4
PC.3
PC.2C相
PC.1B相
PC.0A相
1
0
0
0
0
0
0
0
1
A
01H
2
0
0
0
0
0
0
1
0
B
02H
3
0
0
0
0
0
1
0
0
C
04H
2、步进电机控制系统原理
用 P1口 的 P1.2 、P1.1、P1.0 对应 C、B、A 相 进行控制 。
（3）程序 根据图4-46可写出如下步进电机控制程序
3、步进电机与微型机的接口及程序设计
AJMP DONE ；A＝0，转DONE LOOP2： MOV P1，03H ；反向，输出第一拍 ACALL DELAY ；延时DEC A；A＝0，转DON JZ DONE MOV P1，05H ；输出第二拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A JZ DONE ； MOV P1，06H ；输出第三拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A≠0，转LOOP2 JNZ LOOP2 DONE： RET DELAY：
3、步进电机与微型机的接口及程序设计
ORG 0100H ROUNT1：MOV A，#N ；步进电机步数→A JNB 00H，LOOP2 ；反向，转 LOOP2 LOOP1： MOV P1，#03H ；正向，输出第一拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A＝0，转DONE JZ DONE MOV P1，06H ；输出第二拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A＝0，转DONE JZ DONE MOV P1，05H ；输出第三拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A≠0，转LOOP1 JNZ LOOP1
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步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。
随着电子科学技术的发展，步进电机的应用越来越广泛。
微型步进电机在选择减速电机时要看下驱动IC的角度看步进电机，微型步进电机是由微型电机和步进电机的统称。
那么，下面由维科特简单介绍微型步进电机的驱动系统：
微型同步电机检波：微型同步电机压降会造成芯片内部很大功耗，在反向电流泄放路径，都要经过两个肖特基二极管，打开肖特基二极管并联的MOS管，通过在反向放电时，可以使电流走MOS管旁路，以便能够减小芯片功耗。
单双无型极性电机的区分单极性电机，由单极性IC驱动。
其一端接Vcc，输出力矩降至full step的9.8%，另一端由IC控制连接或断开微步驱动，会造成每步输出力矩下降细分为1/16时，1/32时，降至4.91%，到1/128时，降至1.23%。
微型步进电机驱动的最大好处就是共振低，噪声小。
微型电机衰减模式：由于电机为感性负载，会引入反生电动势，在快速通断时时，必须考虑其泄放途径。
有两种基本衰减模式：一种快速衰减：方法是先关闭source、sink极，接着线组对负电机电源放电。
另一种慢速衰减：只source极关闭，绕组短路放电。
为使电机驱动电流更加理想化，一般电机驱动IC，都使用混合衰减模式：先快速衰减，再慢速衰减，而且可以调整快速衰减→慢速衰减的切换时间点，以达到波形更精细的控制。
深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。
我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。
我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。
我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。
根据客户配套需要，我们还可以提
供其他种类及其他品牌微电机产品的配套服务。
也提供NPM的线性磁轴电机(直线电机)及技术支持和服务。