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摘要：28BYJ-48型步进电机是一种是一种电脉冲为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它驱动步进电机按设定的方向一个固定的角度（及步进角）。在实际教学中，使用单片机控制步进电机的实验训练，学生遇到步进电机的转向、转速和角度位移，处理不当影响步进电机的实际运行效果，本文几个实际问题深入研究。
关键词：步进电机 转向 转速 单片机 控制
中国分类号：TM3
引言
用AT89S52单片机控制步进电机，实现步进电机的調速和正反转，涉及单片机I/O的基本操作，定时计数器，按键中断，数码管显示等，是一个综合性较强的实验。不仅加深了对单片机内部资源的理解，同时学习单片机外部设备驱动程序，具有重要意义的培养学生的实践技能。
实验的主要器件：单片机（AT89S52），步进电机（28BYJ-48）；另外采用大电流达林顿晶体管ULN2003驱动步进电机，使用方便。28BYJ-48型步进电机带齿轮减速，噪音极低，运转平稳，5V即可驱动[1]，方便单片机开发者使用，具有开放性接口，适用于51/AVR/ARM等各种平台，是机器人设计开发必备机器。
实验电路原理图
图1 单片机控制步进电机原理图
步进电机的励磁方式与步距角
步进电机通过持续地做每一步动作，实现连续的选转。这种旋转是通过开关切换磁场，所以转动时一定会伴随振动。图2所示为四相永磁步进电机励磁方法，a为一相励磁方式，b为两相共同励磁，c为一相励磁和两相励磁组合起来进行。可以看出，a和b的步距角是一样的，但是c中一相励磁和两相励磁组合起来的方式，步距角为a和b的一半，可以得到平滑的转动。
图2四相步进电机的励磁方式图
实验中遇到的问题
28BYJ48型步进电机是四相八拍电机，电压为DC5V-DC12V。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前，生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有，仅仅处于一种盲目的仿制阶段[2]，这将造成很大的麻烦在教学的过程中。学生经常发现步进电机振动一直不转，不知道原因，甚至怀疑你的系统是否正常。标志在上面的情况，分析了实际教学中存在的问题，并提出了解决方案。
1、步进电机的通电方式与振荡
步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单四拍（单相绕组通电）（A-B-C-D-A……），双四拍（双相绕组通电）（AB-BC-CD-DA-AB-……），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A……）三种方式[3]。单四拍与双四拍的不同：单四拍是一相励磁，输出转矩小，振动较大；双四拍是二相励磁，输出转矩大，振动小。一相断电，而另一相开始通电的状态容易造成失步，而且由于单相通电吸引转子，也易使转子在平衡位置附近产生振荡[4]。出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑，往往采用八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）这种导电状态。
2、 步进电机导线的连接方式与转向
由于单片机接口信号不够大，需要通过芯片ULN2003放大再连接到相应的电机接口。本实验中步进电机是四相五线制，红线接电源5V，橙线对应A相，黄线对应B相，粉线对应C相，蓝线对应D相。控制ABCD的加电顺序，可以实现步进电机正反转[5]。在实际教学过程中，要注意步进电机的导线连接顺序，与单片机接口的连接顺序，以及程序中的驱动代码要保持一致，否则步进电机过度振荡，无法转动。据图1所示接线方式，例如当步进电机是八拍工作时，P2口的顺序为0x10-0x30-0x20-0x60-0x40-0xc0-0x80……
3、 步进电机的脉冲频率
单片机输出一定频率的脉冲实现对步进电机的控制，先输出高电平，延时一段时间，再输出低电平，再延时一段时间。延时最好采用定时/计数器，方便调整脉冲频率，也就是每秒脉冲数P.P.S（Pulses Per Second），能更好的观察步进电机的转动效果。要求步进电机的起动时P.P.S>500，否则会出现振荡并引起失步。这是因为转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度，定子通电激磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产生前冲和后冲的摆动振荡，当振荡足够严重时就导致失步。P.P.S太高也会引起失步。这是由于转子加速度慢于步进电机的旋转磁场，这是低于相速度。这是由于缺乏输入电机功率步进电机不能同步转矩产生的转子转速跟随定子磁场的旋转速度，造成损失的措施。在实际教学中应用，在脉冲频率，由双四龙头和八法，步进电机可以正常运行，但有一个在四个方面，步进电机振动很大，不能操作。在高和低脉冲重复频率下都会出现这种现象。
参考文献
[1]彭礴，张明敏，林飞龙等.基于AT89S52高精度步进电机伺服控制系统设计.电子测量技术，2011，3：49-53
[2] 彭礴，李科举，赵月明，鲁斌，侯志春，李旭.基于AT89C52悬挂运动控制系统的设计[J]. 电子测量技术. 2010（09）
[3] 李小斌，汤子坫，杜健锋，张军. 声音导引系统设计[J]. 国外电子测量技术. 2010（03）
[4] 夏鲲，张振国，丁学，陈建强. 电动车跷跷板自平衡系统设计[J]. 电子测量与仪器学报. 2010（02）
关键词：步进电机 转向 转速 单片机 控制
中国分类号：TM3
引言
用AT89S52单片机控制步进电机，实现步进电机的調速和正反转，涉及单片机I/O的基本操作，定时计数器，按键中断，数码管显示等，是一个综合性较强的实验。不仅加深了对单片机内部资源的理解，同时学习单片机外部设备驱动程序，具有重要意义的培养学生的实践技能。
实验的主要器件：单片机（AT89S52），步进电机（28BYJ-48）；另外采用大电流达林顿晶体管ULN2003驱动步进电机，使用方便。28BYJ-48型步进电机带齿轮减速，噪音极低，运转平稳，5V即可驱动[1]，方便单片机开发者使用，具有开放性接口，适用于51/AVR/ARM等各种平台，是机器人设计开发必备机器。
实验电路原理图
图1 单片机控制步进电机原理图
步进电机的励磁方式与步距角
步进电机通过持续地做每一步动作，实现连续的选转。这种旋转是通过开关切换磁场，所以转动时一定会伴随振动。图2所示为四相永磁步进电机励磁方法，a为一相励磁方式，b为两相共同励磁，c为一相励磁和两相励磁组合起来进行。可以看出，a和b的步距角是一样的，但是c中一相励磁和两相励磁组合起来的方式，步距角为a和b的一半，可以得到平滑的转动。
图2四相步进电机的励磁方式图
实验中遇到的问题
28BYJ48型步进电机是四相八拍电机，电压为DC5V-DC12V。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前，生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有，仅仅处于一种盲目的仿制阶段[2]，这将造成很大的麻烦在教学的过程中。学生经常发现步进电机振动一直不转，不知道原因，甚至怀疑你的系统是否正常。标志在上面的情况，分析了实际教学中存在的问题，并提出了解决方案。
1、步进电机的通电方式与振荡
步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单四拍（单相绕组通电）（A-B-C-D-A……），双四拍（双相绕组通电）（AB-BC-CD-DA-AB-……），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A……）三种方式[3]。单四拍与双四拍的不同：单四拍是一相励磁，输出转矩小，振动较大；双四拍是二相励磁，输出转矩大，振动小。一相断电，而另一相开始通电的状态容易造成失步，而且由于单相通电吸引转子，也易使转子在平衡位置附近产生振荡[4]。出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑，往往采用八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）这种导电状态。
2、 步进电机导线的连接方式与转向
由于单片机接口信号不够大，需要通过芯片ULN2003放大再连接到相应的电机接口。本实验中步进电机是四相五线制，红线接电源5V，橙线对应A相，黄线对应B相，粉线对应C相，蓝线对应D相。控制ABCD的加电顺序，可以实现步进电机正反转[5]。在实际教学过程中，要注意步进电机的导线连接顺序，与单片机接口的连接顺序，以及程序中的驱动代码要保持一致，否则步进电机过度振荡，无法转动。据图1所示接线方式，例如当步进电机是八拍工作时，P2口的顺序为0x10-0x30-0x20-0x60-0x40-0xc0-0x80……
3、 步进电机的脉冲频率
单片机输出一定频率的脉冲实现对步进电机的控制，先输出高电平，延时一段时间，再输出低电平，再延时一段时间。延时最好采用定时/计数器，方便调整脉冲频率，也就是每秒脉冲数P.P.S（Pulses Per Second），能更好的观察步进电机的转动效果。要求步进电机的起动时P.P.S>500，否则会出现振荡并引起失步。这是因为转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度，定子通电激磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产生前冲和后冲的摆动振荡，当振荡足够严重时就导致失步。P.P.S太高也会引起失步。这是由于转子加速度慢于步进电机的旋转磁场，这是低于相速度。这是由于缺乏输入电机功率步进电机不能同步转矩产生的转子转速跟随定子磁场的旋转速度，造成损失的措施。在实际教学中应用，在脉冲频率，由双四龙头和八法，步进电机可以正常运行，但有一个在四个方面，步进电机振动很大，不能操作。在高和低脉冲重复频率下都会出现这种现象。
参考文献
[1]彭礴，张明敏，林飞龙等.基于AT89S52高精度步进电机伺服控制系统设计.电子测量技术，2011，3：49-53
[2] 彭礴，李科举，赵月明，鲁斌，侯志春，李旭.基于AT89C52悬挂运动控制系统的设计[J]. 电子测量技术. 2010（09）
[3] 李小斌，汤子坫，杜健锋，张军. 声音导引系统设计[J]. 国外电子测量技术. 2010（03）
[4] 夏鲲，张振国，丁学，陈建强. 电动车跷跷板自平衡系统设计[J]. 电子测量与仪器学报. 2010（02）