现，也可以用微控制器或DSP实现。图8说明了如何用晶体管作为开关来控制双相单极电机。每个晶体管的基极都要通过一个电阻连接到微控
制器的一个数字输出上，阻值可以从1到10M欧姆，用于限制流入晶体管基极的电流。每个晶体管的发射极均接地，集电极连到电机绕组的4个
抽头。电机的中心抽头均连接到电源电压的正端。  

每个晶体管的集电极均通过一个二极管连接到电压源，以保护晶体管不被旋转时电机绕组上的感应电流烧坏。转子旋转时，电机绕组上会出
现一个感应电压，如果晶体管集电极没有通过二极管连接到电压源，感应电压造成的电流就会涌入晶体管的集电极。  

举个例子，假设数字输出do1为高而do2为低，于是do1会使晶体管T1导通，电流从+V流经
中心抽头和T1的基极，然后由T1的发射极输出。但此时do2处于断开状态，因此电流无法
流经T2。这样推理下去，我们就能将表3改为驱动电机所需的微控制器数字输出的改变顺
序。  

一旦清楚了驱动电机所需的硬件和数字输出的顺序，我们就可以对最顺手的微控制器或DS
P编写软件，实现这些序列。  

固件控制  

我本人在一块Microchip PIC16F877上，利用1N4003二极管和2SD1276A达灵顿晶体管实现了以上谈到的电机控制器。PIC的PortA第0位到第3位
用来做数字输出。电机采用在Jameco购买的5V双相单极电机(Airpax [Thomson]生产，型号为M82101-P1)，并且用同一个5V电源为PIC和电机
供电。但在真正应用时，为避免给微控制器的电源信号引入噪声，建议大家还是分别用不同的电源为电机和微控制器供电。  

 

列表1给出了控制程序的汇编源代码，该程序每50
毫秒旋转电机一次。首先，程序会将微控制器的
数字输出初始化为表4中第一步的值，然后每隔50
毫秒(此时间常数由程序中的常量waitTime定义)
按照正确的顺序循环输出数字信号。若需使电机
反向旋转，只需按与表4所示相反的顺序输出数字
信号即可。  

本人所用的电机为24极电机，即每一步输出可以
控制电机旋转180°/24=7.5°。电机每50毫秒旋
转7.5°，也就是每2.4秒转一周。如果将常量wai
tTime减小一半，电机转速会加快一倍。但因为转
子受惯性、摩擦力和其他机械限制，所以电机转
速有一个上限，当定子磁场旋转过快时，转子的
转速无法跟上，导致电机的旋转也无法跟上，开
始跳动(skipping)。如果这时再降低欧姆aitTim
e，电机很可能干脆就停止旋转。  

除了本文重点讨论的双相电机以外，步进电机还
有其他类型，如三相步进电机或四相步进电机。
另外还有一些双相步进电机，它们只有一个中心
抽头，同时连接到两个绕组的中心点，这类步进
电机外部有5个抽头引出。  

同样，步进电机也不是电机家族中的唯一成员，
最古老也最简单的电机是直流(DC)电机。早期的
直流电机使用电刷，现在已经不再流行。如今常
见的无刷直流电机，就是利用电子线路代替电刷
进行换向的直流电机，这类电机中不存在电刷老
化问题，因此其寿命比有刷直流电机长很多。  

还有一种感应电机，其工作原理与步进电机或直
流电机完全不同。直流电机采用的是直流电压
源，而感应电机则采用交流(AC)电压源，并且步进电机和直流电机中转子与定子磁场的旋转是同步的，而感应电机中转子的转速滞后于定子
磁场的转速。  

本文小结  

本文对步进电机进行了概括性的介绍，更多的细节等待着您的发现。但只要您理解了本文介绍的电机工作原理，那么您就已经完全可以开始
设计、维护和调试步进电机的驱动软、硬件了。  

作者：Dan Simon，电子与计算机工程系，克里夫兰州立大学

  

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步进电机的构造及控制技术解析

2008-11-11

http://www.cndzz.com/tech/Article/cg/200604/8297.html