单片机控制步进电机的原理

本资料详细介绍邓步进电机的工作原理以及单片机控制步进电机的特点。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电

机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。

步进电机可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即

电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、动作灵敏、开回路控制不必依赖传感器定

位、中低速时具备高转矩、高信赖性、小型、高功率等特征，使其具有广泛的应用。

一、步进电机的工作原理

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。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，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉

冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制

步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。同时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。

二、设计方案

本设计采用 51 单片机

（晶振频率为 12MHZ）对四相六线制步进电机（内阻 33 欧，步进 1.8 度，额定电压 12V）进行控制。通过 I/O 口输

出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片 ULN2003 驱动步进电机。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅 NPN 达林顿管组成。

ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

工作电压高，工作电流大，灌电流可达 500mA，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。通过 ULN2003 构成步进电

机的驱动电路，电路图如图 1 所示。51 的 25-28 口接 ULN2003 的 1-4 输入端。另外，用键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用 74LS164 作

为 2 位单个数码管的显示驱动。74LS164 带锁存，使用串行接法可以节约 I/O 口资源。其电路图如图 2 所示。通过 51 的 TXD 和 RXD 口对 CLK 和 DATA 发送数据。

图 1 51 单片机控制步进电机线路图