步进电机工作原理 步进电机最简单的驱动方法

步进电动机，一种将电信号转化为机械角位移的电机。电脉冲信号，如同心跳般的感觉，心跳时的高电平与静止时的低电平，即构成了电脉冲信号的基础。这里的角位移以弧度为单位来衡量。

步进电机可分为多种类型，包括反应式、永磁式及混合式，各有其独特优势。选择时需根据实际需求来定，例如反应式步进电机具有较小的步距角和高精度；永磁式则具有大转矩的特点。混合式虽然成本较高，但兼具高精度和大转矩的优点。以下将以反应式步进电机为例，详细解析其结构与工作原理。

步进电机主要由定子和转子两部分组成。对于熟悉直流电机的人来说，这两个概念并不陌生。以三相步进电机为例，其定子和转子上分别设置有六个和四个磁极。如图所示，A与A'、B与B'、C与C'分别构成三相中的一相。此电机为三相步进电机。

当步进电机接收到一个电脉冲信号时，它会相应地转动一个固定的角度，这个角度被称作步距角，是步进电机的重要参数之一。具体来说，当A相通电时，A方向的磁通会经过转子形成闭合回路。在磁场的作用下，若转子与磁场轴线之间存在一定角度，转子将被磁化并吸引，使转子和定子的齿对齐后停止转动。即A相通电后，会使转子的1、3齿与AA'对齐。随后，随着每个新的脉冲信号的到来，B相和C相会依次通电，使转子按照特定的顺序和对齐方式转动。这种驱动方式即为三相三拍驱动。

步进电机的转动依赖于脉冲数量的控制。需要转动多少圈，就给予相应数量的脉冲。这使得步进电机能够精确地实现定位。通过控制脉冲频率可以调节电机的转动速度和加速度，即控制给予脉冲的时间间隔，从而实现调速。每次输入一个电脉冲，电动机即会转动一个角度并前进一步。其输出的角位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率亦成正比。

对于电机的正反转控制，可通过改变绕组通电的顺序来实现。若按照A、B、C相的顺序通电为正转，那么以C、B、A相的顺序通电则电机反转。通过控制脉冲数量、频率以及电动机各相绕组的通电顺序，即可实现对步进电机的精确控制。

实现控制的方法：

直流电机的工作原理告诉我们，电流是驱动电机运转的关键。步进电机同样如此。单片机的输出口驱动能力有限，无法直接驱动步进电机。需要借助另一个元件——步进电机驱动控制器来实现对步进电机的控制。这里以四相五线制步进电机为例，我们选择了熟悉的ULN2003元件作为驱动器。该元件不仅放大驱动电流，还可一次驱动八线步进电机。实例中采用的是四相无线制24BYJ-48步进电机，其驱动电压为5V，并采用四相四拍的驱动方式。