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第1章步进电机概述

1.1步进电机的特点：

1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，

从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料

的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度

以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感

将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速

度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进

电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，

如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，

启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较

低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

1.2步进电机的工作原理：

步进电机是一种用电脉冲进行控制,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移

和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机

旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度,脉冲的频率决定了电机运转的速度.

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。

1.3步进电机的技术参数：

1.3.1步进电机型号

本次设计所采用的电机型号：28bjy-48四相线微型步进电机

实物如右图

1.3.2步进电机的基本参数

第2章方案的论证

2.1控制方式的确定

步进电机控制虽然是一个比较精确的，步进电机开环控制系统具有成本低、简单、控

制方便等优点，在采用单片机的步进电机开环系统中，控制系统送控制字的间隔和送控制

字的顺序实际上就是控制步进电机的运行速度。系统可用两种办法实现步进电机的速度控

制。一种是延时，一种是定时。延时方法是在每次按键之后调用一个延时子程序，待延时

结束后再次送控制字，这样周而复始就可发出一定频率的CP脉冲。该方法简单，占用资

源少，全部由软件实现，调用不同的子程序可以实现不同速度和不同方向的运行。但占用

CPU时间长，不能在运行时处理其他工作。因此只适合较简单的控制过程。定时方法是利

用单片机系统中的定时器定时功能产生任意周期的定时信号，从而可方便的控制系统输出

CP脉冲的周期。当定时器启动后，定时器从装载的初值开始对系统及其周期进行加计数，

当定时器溢出时，定时器产生中断，系统转去执行定时中断子程序将电机换向子程序放在

定时中断服务程序中，定时中断一次，电机换向一次，从而实现电机的速度控制。

2.1.1脉冲序列的生成

图4.2脉冲的生成

脉冲幅值：由数字元件电平决定。

TTL0～5V

CMOS0～10V

接通和断开时间可用延时的办法控制。要求：确保步进到位。

2.1.2方向控制

步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。四相八拍，通电顺序为:

正转:A®AB®B®BC®C®CD®D®DA

反转:A®AD®D®DC®C®CB®B®BA

改变通电顺序可以改变步进电机的转向

2.2脉冲分配

实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。本次设计采

用软件法。

2.2.1通过软件实现脉冲分配

软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的IO向驱动电路

发出控制脉冲，下面以四相八拍为例

上面提到了三相六拍工作方式通电换相得正序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,，反序

为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A