开始浏览正文之前，请大家先花几分钟看完这段视频：
步进电机(stepping motor)
步进电机
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，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器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（即步进角），是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。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。
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。
当步进驱动器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，称为"步距角"，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
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。
步进电机是一种感应电机，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，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
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把电脉冲转换成离散的机械运动的装置,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。因此,用单片机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势,也符合数字化的时代趋势。
步进电机和伺服电机、舵机有何区别？
伺服电机不仅仅只包含一个电机，通常是包含电机、传感器和控制器的电机系统（具体可以参考伺服电机/舵机 控制）。
舵机是个俗称，适用于航模上，其实是一种低端的但最常见的伺服电机系统，价格低廉但精度较低。
单片机控制示例
51单片机按键控制单反转仿真
相信通过视频及文字内容，大家对步进电机相关原理已经非常熟悉。下面通过Arduino Pro MINI开发板进行一项简易的步进电机控制实验。
步进电机内部结构
步进电机(Stepper/Step/Stepping Motor)，主要是依靠定子线圈序列通电，顺次在不同的角度形成磁场，推拉定子旋转。接触步进电机时会有很多容易混淆的概念。比如单极性、双极性、两相八线、四相八线等等。主要是由于线圈的接法不同，我们先简单地辩析一下：按照电机驱动架构可分为单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 步进电机。所谓的极性，就是电流通过线圈绕组产生磁场的极性，单极性就是只有一个磁极，双极就是有两个磁极。四相，八相是指步进电机的相数，即步进电机内部的线圈组数。电机的相数不同，步进电机接收到每个脉冲信号的角度也不同。通过不同的极性，不同的相数，线圈接法会得到不同的电机性能。
实验前要准备的元件
- 28BYJ-48 五线四相步进电机
- ULN2003驱动芯片
- Arduino Pro MINI开发板
- 杜邦线若干
28BYJ-48，DC5V，五线四相步进电机
示例代码一：
可以直接在Arduino IDE的File> Examples> Stepper> MotorKnob里直接导入示例代码。
Stepper.h是Arduino IDE自带的控制步进电机的标准库。
电路原理图（电位计10K即可）
实物连接示意图
/*
* MotorKnob
*
* A stepper motor follows the turns of a potentiometer
* (or other sensor) on analog input 0.
*
* http://www.arduino.cc/en/Reference/Stepper
* This example code is in the public domain.
*/
#include <Stepper.h>
// change this to the number of steps on your motor
#define STEPS 100
// create an instance of the stepper class, specifying
// the number of steps of the motor and the pins it's
// attached to
Stepper stepper(STEPS, 8, 9, 10, 11);
// the previous reading from the analog input
int previous = 0;
void setup() {
// set the speed of the motor to 30 RPMs
stepper.setSpeed(30);
}
void loop() {
// get the sensor value
int val = analogRead(0);
// move a number of steps equal to the change in the
// sensor reading
stepper.step(val - previous);
// remember the previous value of the sensor
previous = val;
}
Stepper函数是用来创建步进电机实例的，共有如下两种用法：
steps代表电机转一圈所用的步数。这个一般是步进电机出厂是就固定的。
- 也可以通过步距角计算得出：
转一圈的步数 = 360 / 步距角
Stepper(steps, pin1, pin2)
Stepper(steps, pin1, pin2, pin3, pin4)
pin1,pin2,pin3,pin4是连接至步进电机的引脚。
根据电机的引线数确定。pin3，pin4是可选的。
setSpeed(rpms)函数是用来设置步进电机的速度，即每分钟该转的步数。
- 根据实例代码，当转动电位器，步进电机也会转动一定角度。
示例代码二：
调用大神写好的库当然可以节约大量的开发时间，不过懂得原理也是非常有必要的。下面通过五线四相步进电机来进行简单说明：
五线四相步进电机的工作方式
`四相步进电机可以在:`
- 四相单拍 : 通电顺序为 A-B-C-D
- 四相双拍1 : 通电顺序为 AB-BC-CD-DA
- 四相双拍2 : 通电顺序为 AC-BC-BD-DA
- 四相八拍 : 通电顺序为 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A
`四种工作方式下工作。`
下面依照8拍驱动方式编写相关代码：
/* Main.ino file
* by： 禾灮Studios
*
* Created: 周三 6月 13 2018
* Processor: Arduino Uno
* Compiler: Arduino AVR (Proteus)
*/
#define motor_pin_1 8 //A
#define motor_pin_2 9 //B
#define motor_pin_3 10 //C
#define motor_pin_4 11 //D
int shiJian =10; //参数用于电机调速
void steps_to_move_N(){ //逆时针旋转 八拍方式驱动，顺序为A AB B BC C CD D DA
//1000
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
//1100
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
// 0100
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
// 0110
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
//0010
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
//0011
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
delay(shiJian);
//0001
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
delay(shiJian);
//1001
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
delay(shiJian);
}
void steps_to_move_Z(){
//1001
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
delay(shiJian);
//0001
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
delay(shiJian);
//0011
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
delay(shiJian);
//0010
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
// 0110
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
// 0100
digitalWrite(motor_pin_1, LOW);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
//1100
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
//1000
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, LOW);
digitalWrite(motor_pin_3, LOW);
digitalWrite(motor_pin_4, LOW);
delay(shiJian);
}
void setup(){ //初始化
// put your setup code here, to run once:
// setup the pins on the microcontroller:
pinMode(motor_pin_1, OUTPUT);
pinMode(motor_pin_2, OUTPUT);
pinMode(motor_pin_3, OUTPUT);
pinMode(motor_pin_4, OUTPUT);
digitalWrite(motor_pin_1, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_2, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_3, HIGH);
digitalWrite(motor_pin_4, HIGH);
}
void loop(){ // put your main code here, to run repeatedly:
steps_to_move_Z();
// steps_to_move_N();
}
示例代码三：
下面的代码适用于Arduino系列，以及AVR单片机编程，修改后可直接用于其他单片机。
本段代码是对示例代码二中函数的简化表述方式。
/* Main.ino file
* by： 禾灮Studios
*
* Created: 周三 6月 13 2018
* Processor: Arduino Uno
* Compiler: Arduino AVR (Proteus)
*/
#define motor_pin_1 8 //A
#define motor_pin_2 9 //B
#define motor_pin_3 10 //C
#define motor_pin_4 11 //D
int shiJian =10; //参数用于电机调速
//定义八拍方式驱动，顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA
unsigned char clockWise[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x0d};
void zzz(){ //顺时针旋转
for(int i=0;i<8;i++){
PORTB = clockWise[i];
delay(shiJian);
}
}
void fff(){ //逆时针旋转
for(int i=0;i<8;i++){
PORTB = clockWise[8-i];
delay(shiJian);
}
}
void setup(){ //初始化
// put your setup code here, to run once:
// setup the pins on the microcontroller:
DDRB=0xFF; //端口B设置为输出
PORTB=0xFF; //端口B初始值设置为1
}
void loop(){ // put your main code here, to run repeatedly:
zzz();
fff();
}
实物连接
以上内容就是控制步进电机的几种简易方法，各有优缺点大家根据自己的喜好和需要进行选择。不足之处还请大家批评指正。
感谢一直关注着禾灮成长进步的朋友们。你们的信任、支持和鼓励，鞭策着我们一路走到了今天。
感谢所有的合作伙伴，我们相互促进，共同见证了彼此的成长。
感谢所有曾经在禾灮彼此倚靠、相互鼓励、携手同心、砥砺同行的兄弟姐妹。这里承载了我们的青春与热血。
禾灮，感谢有你。
未来，我们将一如既往，砥砺前行。
禾灮·小楊
2018.07.05
