步进电机是一种无刷电机，怎样采用51单片机控制步进电机

步进电机是一种无刷电机，可将电脉冲转换为机械旋转。顾名思义，它根据输入脉冲逐步旋转，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件。

步进电机相比其他电机来说，一般具有5个比较明显的特征：

第一，可实现精细，正确的定位

第二，可通过脉冲信号简单控制

第三，体积小型，高转矩

第四，可自行保持停止位置

第五，可进行大惯性负载

广泛应用于工业、医疗、消费电子应用。简而言之，用于任何需要精确旋转或定位对象的地方。

在单片机领域应用比较广泛，在此和大家分享一个小项目。

- 操作 -

步进电机内部线圈原理图：

步进电机通常具有多个励磁线圈(相)和一个带齿转子。电机的步长由相数和转子上的齿数决定。步长是转子一步的角位移。比如一个步进电机有 4 相 50 个齿，则转一圈需要 50×4=200 步。因此步距角为 360/200=1.8°。

本次使用的步进电机有 4 极和一个 1/64 减速齿轮机构，用于增加扭矩。电机的步距角为 5.64°。但在考虑减速齿轮，输出轴的步距角为5.64/64°。

将步进电机按照电路图连接到 8051 的P1.0、P1.1、P1.2 和 P1.3 引脚分别用于控制步进电机的 A1、A2、A3 和 A4 相。ULN2003 用于驱动步进电机的各个相位。

ULN2003 是一种达林顿晶体管阵列，用于驱动继电器和电机等大电流负载。ULN2003 有 8 个单独的通道，每个通道的容量为 1A，通道可以并联以增加电流容量。每个通道都配有单独的续流二极管，通道通过提供逻辑低电平来激活。例如，我们将 ULN2003 的引脚 1 设为低电平，则步进电机的 A1 接通。

程序设计

按照上图的引线顺序，按时序循环给A1、A2、A3、A4相应的控制。 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元件。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，即给电机加一-个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

1、特点

1)当步进电机接收到一定顺序的脉冲时，它就会根据脉冲的控制时序进行顺时针和逆时针的转动，

脉冲的顺序决定了步进电机旋转的方向，脉冲的个数决定了步进电机转动的角度，脉冲的频率决定了步进电机的转速;

2)有脉冲时步进电机就会转动一定角度，没有脉冲时它就会保持当前位置;

3)步进电机具有快速启动和快速停止的特性;

4)当负载在一定范围内时，步进电机的转速与负载无关;

5)步进电机的转动方向很容易地通过反方向给脉冲时序来改变。

步进电机工作原理

步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就 能实现对步进电机的控制。 如图 1 所示，开始时，开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对齐，同时，转子的 1. 4 号齿就和 C、D 相绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D、A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 sc 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 1.4 号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1. 4 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、3号齿和 A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次类推，A. B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A. B、C、D 方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

图1 步进电机工作原理

步进电机工作模块

本次设计中采用四相单拍工作方式，在这种工作方式下,A、B、C、D 三相轮流通电,电流切换三次,磁场旋转一周,转 子向前转过一个齿距角。因此这种通电方式叫做四相单四拍工作方式。

298N 是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平。一般情况下，功率部分的电压应大于6V否则芯片可能不能正常工作。它可以用来控制直流电机，也可以控制步进电机。

(2)步进电机简介

步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。由于步进电机是一个可以把电脉冲转换成机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，因此，计算机成为步进电机的理想驱动源， 随着微电子和计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为了主流，即通过程序产生控制脉冲，驱动硬件电路。单片机通过软件来控制步进电机， 更好地挖掘出了电机的潜力。在不超载的情况下电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和数量;并且步进电机的脉冲与步进旋转的角度成正比，脉冲的频率与步进的转速成正比，所以可以很好的从源头控制信号的输出;且步进电机只有周期性的误差，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。下面是步进电机的拆解图：

本设计就是使用proteus仿真软件对步进电机的控制进行简单的仿真，帮助大家了解和入门步进电机。当然如果想要更好的控制电机还是需要别的控制算法，这里先不做介绍。

(3) LCD1602液晶显示器

LCD1602液晶显示器曾经是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏(LCD)、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上而组成。不同厂家生产的LCD1602芯片可能有所不同，但使用方法都是一样的。为了降低成本，绝大多数制造商都直接将裸片做到板子上。不多目前这种液晶性价比并不好，使用的越来越少了。

二、设计目标

使用51单片机控制步进电机的正反转，加减速。设置有三个按键，通过按键控制步进电机的正反转和加减速等。同时设计有LCD1602液晶显示器，通过LCD1602可以显示步进电机的状态，包括方向、启停，档位等。