步进电机广泛应用于控制系统中。它能将脉冲信号转换成角位移，可用作电磁制动轮、电磁微分器或角位移发生器。
有时候从一些旧设备上拆下来的步进电机(一般不会损坏)需要做其他用途，所以一般需要自己设计驱动。
1.步进电机的工作原理
步进电机为四相步进电机，由单极DC电源供电。只要按照适当的时序给步进电机的各相绕组通电，步进电机就能一步一步地转动。图1是四相反应式步进电机的工作原理示意图。
图1四相步进电机的步进示意图
开始时，开关SB接通，SA、SC、SD断开，B相磁极对准转子的0号、3号齿。同时转子的1、4号齿与C、D相绕组磁极交错，2、5号齿与D、A相绕组磁极交错。
当开关SC接通，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组与1、4号齿之间的磁力线，转子旋转，1、4号齿与C相绕组的磁极对齐。但0号和3号齿与A、B相绕组错开，2、5号齿是A、D相绕组的磁极。
长出错牙。以此类推，如果四相绕组A、B、C、D依次供电，转子将沿A、B、C、D方向旋转.
根据通电顺序的不同，四相步进电机可分为单四拍、双四拍和八拍三种工作模式。单四拍和双四拍的步距角相同，但单四拍的转动力矩较小。八拍工作模式的步距角是单四拍工作模式和双四拍工作模式的一半，因此八拍工作模式既能保持较高的转矩，又能提高控制精度。
单四拍、双四拍和八拍工作模式的上电时序和波形分别如图2.a、B和C所示：
图二。步进电机工作顺序波形图。
图3步进电机驱动系统电路原理图
AT89C2051从P1端口P1.4~P1.7输出控制脉冲，经74LS14反相后进入9014。经9014放大后，控制光电开关。光电隔离后，脉冲信号经功率管TIP122放大，驱动步进电机各相绕组。步进电机可以用不同的脉冲信号正转、反转、加速、减速和停止。图中的L1是步进电机的一相绕组。为AT89C2051选择频率为22MHz的晶振的目的是为了使AT89C2051在模式2下对上位机脉冲信号周期的影响最小化。
图3中，RL1~RL4为绕组内阻，50电阻为外接电阻，起限流作用，也是提高回路时间常数的元件。D1 ~ D4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势被续流二极管(D1 ~ D4)衰减，从而保护功率管TIP122不受损坏。
在50外接电阻上并联一个200F电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高步进电机的高频性能。与续流二极管串联的200电阻可以降低环路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的下降沿更陡，缩短电流下降时间，还可以改善高频性能。
2.软件设计
根据dip开关KX和KY的不同组合，驱动器有三种工作模式可供选择：
模式1为中断模式：P3.5(INT1)为步进脉冲输入端，P3.7为正反向脉冲输入端。上位机(PC或MCU)仅通过两根导线与驱动器相连。
模式二为串行通信模式：上位机(PC或单片机)向驱动器发送控制命令，驱动器根据控制命令自行完成相关控制过程。
模式三是dip开关控制模式：通过K1 ~ K5的不同组合直接控制步进电机。
在p之后
编程时，要特别注意步进电机换向时的处理。为了使步进电机在换向过程中平稳过渡，避免错步，每一步都要设置一个标志位。其中，20H单位的每一位是步进电机的正转标志；单元21H的每个位是反转标志位。在正向旋转中，不仅分配正向旋转标志位，还分配反向旋转标志位；反过来也是一样。这样，步进电机换向时，可以以最后一个位置为起点反方向移动，避免了电机换向时的错步。
图4模式1的程序框图
3.步进电机细分驱动电路
为了控制步进电机的相电流，从而达到细分步进电机步距角的目的，人们设计了多种步进电机细分驱动电路。随着微型计算机的发展，特别是单片机的出现，给步进电机的细分驱动带来了方便。目前，步进电机细分驱动电路大多由单片机控制。单片机根据需要的步距角，计算出流过各相绕组的电流，输出到数模转换器(DPA)，由DPA将数字值转换成相应的模拟电压，通过环形分配器加到各相功放电路，控制功放电路给各相绕组提供相应的电流，从而实现步进电机的细分。单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为两种(见下图5)。
图5步进电机细分驱动电路
编辑点评：本文介绍了从一台旧日本打印机上拆下来的步进电机的驱动程序设计。本文首先介绍了步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动程序的软硬件设计。电子爱好者《汽车电子特刊》，更多优质内容，立即下载阅读。
