四相步进电机全教程

四相步进电机全教程——盖尔@袁（4、21）前段时间就有玩过步进电机了，但是后来因为硬盘坏了，资料全没了，之后想再玩的时间都不知道该怎么弄了，这时候觉得假如当时有留点资料发到网上的话，那现在也就不会那么纠结了，所以，昨晚又再一次拿起那步进电机，再一次玩一下，大概把之前那些东西回想起来了，现在写一份小教程（之所以叫全教程，是因为看了这份资料之后，对应地也就大概能用起来，对步进电机也有一个大概的了解了），以共大家学习，希望高手拍砖！（里面有些是直接引用网上的资料，如有原作者看到的话，我在这里跟他说声谢谢，因为您写得太好了！）驱动电路我用的是L298N这款很经典的电机驱动芯片，这芯片可以驱动直流电机，步进电机等，功能相当强大，很好用，虽然贵了点（下面再介绍一种比较好的，价格比较低的驱动电路，也相当好用），但是还是用了，毕竟是经典之作嘛！呵呵！电路如下：大家可以看到，上面这电机驱动芯片L298N有四个输入（IN1,IN2,IN3,IN4）和四个输出（M1,M2），对了，就是对应单片机（或者其它主控芯片，比如说M3，我用的就是这个）的输入控制端，然后这四个控制端通过L298N间接地控制了步进电机（也就是图里的M1,M2），因为步进电机转动的时候需要比较大的电流，单片机IO引脚没法提供，只有通过这驱动芯片才能够带动起来！电路里面还有PWMA和PWMB，这是使能端，用于使能M1和M2是否被输入控制的，高电平有效！一般我们假如需要控制的话，这个就接单片机的IO引脚上，假如不需要独立控制的话那直接接高电平就行了！另外，大家可以看到电路里面还有一个5V的输入，具体这个是做什么的我也不是很清楚，不过照给就是了，没问题的！好，首先先把这电路焊出来，记得，因为L298N工作的时候电流比较大，所以要求必需加上一个散热片，这样有利于保护电路不会因为过热而烧了！这里有一个小知识跟大家说一下，焊电路最好是加上一个电源指示灯，这样的好处多多，可以防止电源接反而完全不知！OK，这个方案介绍完了，下面介绍另一种成本比较低的驱动方案！假如手头上有ULN2003的话，也可以用来当成驱动电路用，我们只要知道驱动电路的作用就是放大那个电流，那任何一种能够放大电流的方法都可以拿过来用，包括你用三极管都行！下面提供一个三极管的驱动电路！至于ULN2003，具体电路我就不说了！很简单的，看下芯片的PDF就知道了。

对了，这里顺便介绍一个找PDF比较全的网站——ICPDF，当然IC37也很全！步进电机原理按照常理来说，步进电机接线要根据线的颜色来区分接线。

但是不同公司生产的步进电机，线的颜色不一样。

特别是国外的步进电机。

那么，步进电机接线应该用万用表打表。

步进电机内部构造如下图：通过上图可知，A，~A是联通的，B和~B是联通。

那么，A和~A是一组a，B 和~B是一组b。

不管是两相四相，四相五线，四相六线步进电机。

内部构造都是如此。

至于究竟是四线，五线，还是六线。

就要看A和~A之间，B和B~之间有没有公共端com抽线。

如果a组和b组各自有一个com端，则该步进电机六线，如果a和b组的公共端连在一起，则是5线的。

所以，要弄清步进电机如何接线，只需把a组和b组分开。

用万用表打。

四线：由于四线没有com公共抽线，所以，a和b组是绝对绝缘的，不连通的。

所以，用万用表测，不连通的是一组。

五线：由于五线中，a和b组的公共端是连接在一起的。

用万用表测，当发现有一根线和其他几根线的电阻是相当的，那么，这根线就是公共com端。

对于驱动五线步进电机，公共com端不连接也是可以驱动步进电机的。

六线：a和b组的公共抽线com端是不连通的。

同样，用万用表测电阻，发现其中一根线和其他两根线阻止是一样的，那么这根线是com端，另2根线就属于一组。

对于驱动四相六线步进电机，两根公共com端不接先也可以驱动该步进电机的。

通过上面的方法都可以测得不同线对应的接线，当然，也还有一些朋友不知道，那测出AA’和BB’之后，怎么分开哪根是A哪根是A’，哪根是B哪根是B’呢？之前我也有一样的问题，相信初学步进电机的朋友也一样，我这里有一看到一个帖，里面介绍了一种方法，不知道好不好用（我这边的步进电机就不行）：拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色（指的是公共端，不同电机颜色不同）的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）（指的是剩下的控制线，不同电机颜色不同）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4×5)＝18度。

地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。

除了上面这种方法，现在还没有看到有帖介绍如何区分这四条线的，当然，假如有朋友研究出来还请共享一下！谢谢！如果实在不行，最好是找下别人现有的程序，然后一个一个试！没办法！驱动方法我们驱动步进电机的话有好几种方法，个人觉得比较简单也比较常用的还是下面这两种，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.，什么是四相四拍，什么是四相八拍，这些字母代表什么意思，请往下看！上图是表示刚刚步进电机的内部结构（手工画的不好看），没有画中线抽头。

中间那个表示电机转子，左边蓝色的表示A线圈，上面红色的表示B线圈，大家看到上面标志中还有一些是打括号的，表示什么呢？就是说这个接线是一开始讲到的A’接线，跟刚刚讲到的那个C字母表示的接线其实是同一根线！那现在我就用图来表示解释下什么是四相四拍，AB-BC-CD-DA-AB表示的是什么。

AB-BC-CD-DA-AB中的出现的字母表示这根线对应加上高电平，其余的都是低电平。

具体就是，在AB处于高电平，CD处于低电平，延时一小段时间；然后BC处于高电平，AD 处于低电平，再延时一小段时间，如此下去CD高，AB低，延时，DA高，BC低，延时……那究竟为什么要这样子呢？下面我用图给大家解释一下。

第一：AB高，CD低，电流则如下图黄色线所示方向流动，产生的磁场使得电机转子顺时针转动90度，转过90度之后就停在那里了；第二：BC高，AD低，电流如下图所示，同样道理，电机转子转过90度；第三，CD高，AB低，如下图：第四，DA高，BC低，如下图：如此一循环之后，电机转子就转过了一周，如果这样循环这样一个动作的话，那电机就会转起来了！现在大家应该明白了什么是四相四拍了吧！同理，四相八拍也是一样的道理，这里就不多说了，大家应该明白！上面讲述的是顺时针转动，那逆时针转动的话该怎么弄了，相信明白上面原理的朋友自己都能够画出来，我这里就只是简单地提供一下给大家做参考，时序为DA-CD-BC-AB！软件部分：知道了硬件原理，软件方面就简单好办了，只要按照上面说的对应地给上高电平低电平的，再来个延时就可以实现了。

对于四相四拍的驱动方法，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();}同样，反向转动的也能够搞定，四相八拍的也一样道理。

那程序是不是就非常之简单呢？当然不是，程序里面最难的要确定的就是——延时，这个延时的时间把握得好才能够驱动起来，太长了不行，太短了也不行，那究竟是多少才合适呢？这里我教大家一个方法，原理很简单，就是用一个for循环来变换不同的延时时间，通过这样来确定在哪个延时时间范围之内比较合适，这样来慢慢试：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是用来调整每次延时时长的，time是做为每次一个固定时长让电机转一定的时间，因为我们不可以让电机一直变变变，而需要变一下转几圈看看合不合适，就是这样的道理了，通过这种方法大家可以大概知道电机适时多长时长比较合适，在一个适合的延时里电机才能够转动，不同的延时电机转动速度不同。

下面提供一些C51的程序代码（注：这些是在另一份资料找到的，非本人所写，在这里感谢原作者的无私）：C51程序代码为：代码一#include <AT89X51.h>static unsigned int count;static unsigned int endcount;void delay();void main(void){count = 0;P1_0 = 0;P1_1 = 0;P1_2 = 0;P1_3 = 0;EA = 1; //允许CPU中断TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1ET0 = 1; //定时器0中断允许TH0 = 0xFC;TL0 = 0x18; //设定时每隔1ms中断一次TR0 = 1; //开始计数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();goto startrun;}//定时器0中断处理void timeint(void) interrupt 1{TH0=0xFC;TL0=0x18; //设定时每隔1ms中断一次count++;}void delay(){endcount=2;count=0;do{}while(count<endcount);}将上面的程序编译，用ISP下载线下载至单片机运行，步进电机便转动起来了，初步告捷！不过，上面的程序还只是实现了步进电机的初步控制，速度和方向的控制还不够灵活，另外，由于没有利用步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进电机的步进角度为18度。

所以，我将程序代码改进了一下，如下：代码二#include <AT89X51.h>static unsigned int count;static int step_index;void delay(unsigned int endcount);void gorun(bit turn, unsigned int speedlevel);void main(void){count = 0;step_index = 0;P1_0 = 0;P1_1 = 0;P1_2 = 0;P1_3 = 0;EA = 1; //允许CPU中断TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1ET0 = 1; //定时器0中断允许TH0 = 0xFE;TL0 = 0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次TR0 = 1; //开始计数do{gorun(1,60);}while(1);}//定时器0中断处理void timeint(void) interrupt 1{TH0=0xFE;TL0=0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次count++;}void delay(unsigned int endcount){count=0;do{}while(count<endcount);}void gorun(bit turn,unsigned int speedlevel) {switch(step_index){case 0:P1_0 = 1; P1_1 = 0; P1_2 = 0; P1_3 = 0;break; case 1:P1_0 = 1; P1_1 = 1; P1_2 = 0; P1_3 = 0;break; case 2:P1_0 = 0; P1_1 = 1; P1_2 = 0; P1_3 = 0;break; case 3:P1_0 = 0; P1_1 = 1; P1_2 = 1; P1_3 = 0;break; case 4:P1_0 = 0; P1_1 = 0; P1_2 = 1; P1_3 = 0;break; case 5:P1_0 = 0; P1_1 = 0; P1_2 = 1; P1_3 = 1;break; case 6:P1_0 = 0; P1_1 = 0; P1_2 = 0; P1_3 = 1;break; case 7: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;}}改进的代码能实现速度和方向的控制，而且，通过step_index静态全局变量能“记住”步进电机的步进位置，下次调用 gorun（）函数时则可直接从上次步进位置继续转动，从而实现精确步进；另外，由于利用了步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进角度减小了一半，只为9度，低速运转也相对稳定一些了。