：如何利用单片机去控制步进电机？本案例讲解的内容是硬件连接部分，采用常用的电子器件去实现单片机控制步进电机的功能。后续会分别讲解单片机程序，S曲线生成方法，上位机等相关内容。

　　1、单片机小系统作用：①输出脉冲到步进电机驱动器，从而控制步进电机的速度大小

　　实物连接图与原理图如上图所示。Atmega16单片机小系统(其他单片系统接线原理类同)与步进电机驱动器（TB6600）采用共阴极接法（驱动器的ENA-、DIR-、PUL-与单片机的GND连接）。

　　，PA0高电位的时，步进电机掉电，步进电机自由状态，用手可以转动；PA0低电位的时，步进电机上电，根据输入的脉冲信号进行转动，无脉冲信号时处于自锁状态；单片机PA1口控制DIR+

　　，PA1高电位与低点位分别对应步进电机的正转与反转；单片机PA2口控制PUL+

　　，通过PA2口高低电位的切换形成脉冲，单片机输出一个脉冲（一个高电位加一个低电位即为一个脉冲），步进电机就会走一步。对于二相四线步进电机而言，在驱动器无细分的情况下，单片机一个脉冲对应步进电机一个步距角1.8°；驱动器如果是2细分状态，单片机一个脉冲对应步进电机转动角度为1.8°/2=0.9°；驱动器如果是4细分状态，单片机一个脉冲对应步进电机转动角度为1.8°/4=0.45°；其他细分依次类推。TB6600驱动器上的SW1、SW2、SW3三个拨码开关控制细分数（1细分、2细分、4细分、8细分、16细分、32细分），细分数越大，步进电机转动过程中越平稳。通过脉冲的快慢可以控制步进电机的速度，一般分为三个过程：开始加速、然后匀速、后减速，后续会单独讲解控制程序部分。步进电机的A、B相分别接在驱动器A、B相

　　。在不知道步进电机那两根线是一相的时候，有个简单的判断方法：将步进电机的任意两更线接在一起，用手转动步进电机，如果有较大的阻力说明这两根线对应的是一相。稳压电源输入端接交流220V，输出端正负极（本案例采用的是24V步进电机）分别接在驱动器VCC、GND即可。至此硬件电路连接完成，下篇将讲解单片机程序。

　　下面是连接图，右上角是 Arduino 与驱动器的连线，VCC、脉冲、方向、使能是单片机提供的 4 个引脚，字面意思是对于驱动器而言，与 Arduino 无关，选择 4 个输出引脚就行。VCC 与三个

　　程序说明：VCC 给驱动器提供电源引脚，PLS 给步进电机提供脉冲引脚，DIR 决定电机是正转还是反转，ENA 是步进电机驱动器的开关，如果控制电路给 ENA 引脚高电压那么就相当于让驱动器接受控制信号，如果 ENA 提供低电压，无论怎么给脉冲信号电机都不会动。在 PLS 引脚产生一定频率的脉冲，并控制脉冲时间，就可控制步进电机。

　　精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角...

　　步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否则，将会损坏步进电机及驱动器。

　　“细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例，列表说明：

　　电机固有步距角 运行拍数 细分数 电机运行时的线.8° 20 5细分状态 0.36°

　　可用看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。例如，驱动器工作在10细分状态时，其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，步进电机旋转1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18° 。其实，细分就是步进电机按照微小的步距角旋转，也就是常说的微步距控制。当然，不同的场合，有不同的控制要求。并不是说，驱动步进电机必须要求细分。有些步进电机的步距角设计为3.6°、7.5°、15°、36°、180°，就是为了加大步距角，以适应特殊的工况条件。细分功能，只是是由驱动器采用控制步进电机的相电流方法，与步进电机的步距角无关，而与步进电机实际工作状态相关。

　　运行拍数与驱动器细分的关系是：运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。两相步进电机例如：110BYG250A电机有50个齿，如果运行拍数设置为160，那么步进电机旋转一圈总共需要50×160＝8000步；对应步距角为360°÷8000＝0.045°。这就是驱动器设置为40细分状态。对于用户来说，没有必要去计算几步几拍，这是生产家配套的事情。用户只要知道：控制系统所发出的脉冲率数，除以细分数，就是步进电机整步运行的脉冲数。例如：步进电机的步距角为1.8°时，每秒钟200个脉冲，步进电机就能够在一秒钟内旋转一圈；当驱动器设置为40细分状态，步进电机每秒钟旋转一圈的脉冲数，就要给到8000个。

　　步进电机驱动器采用细分功能，能够消除步进电机的低频共振（震荡）现象，减少振动，降低工作噪音。随着驱动器技术的不断提高，当今，步进电机在低速工作时的噪音已经与直流电机相差无几。低频共振是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，只有采用驱动器细分的办法，才能减轻或消除。

　　利用细分方法，又能够提高步进电机的输出转矩。驱动器在细分状态下，提供给步进电机的电流显得“持续、强劲”，极大地减少步进电机旋转时的反向电动势。

　　驱动器的细分功能，改善了步进电机工作的旋转位移分辨率。因此，步进电机的步距角，就没有必要做得更小。选择现有的常规标准步距角的步进电机，配置40细分以下的驱动器，就能够完成精密控制任务。由于步进电机步距角的原因，驱动器的细分数再加大，已经没有实际意义。通常，选择5、8、10、16、20细分，就能够适应各种工控要求。

　　三、 调整步进电机其中一组线圈的两个线头位置，重新接入驱动器。 具体方法见下表：

　　三相六线 A，A，B，B，C，C B，B，A，A，C，C或者A，A，C，C，B，B

　　四相混合式步进电机，可以认为是二相混合式步进电机。多组线圈多个抽头，是为了适应不同工况条件而设计的。由于步进电机的线圈，与转速、转矩有着密切的关系。高速与低速工作的步进电机参数有所不同。通常，高速步进电机的电感要求小一点，低速工作时要求大一点的电感量。但是，这也不是的。更多的实际应用，还考虑权衡其它众多相关因素。下面就几种步进电机的线圈绕组及出线，采用双极性驱动器，说明接线方法：

　　两相四线为一相，分别接A和/A；3和4为一相，分别接B和/B。参考下图：

　　四相六线电机，两种方法接线为一相，分别接A和/A；5和6为一相，分别接B和/B。

　　二、1、3为一相，定义A、/A；4、6为一相，定义为B、/B。2和5分别悬空不用（不要相连）。

　　并联接法：1和3相连=A，2和4相连=/A；5和7相连=B，6和8相连=/B。

　　联接法：1和4为一相，分别接A和/A；2、3连接好不用；5、8为一相，分别接B、/B，6、7连接好不用。

　　上述四相六线、八线步进电机，都可在生产过程中，接为五线制，适应特殊需要。驱动器就要选择单极性驱动方式，例如HSM8672单极性步进电机驱动器。如上图：四相六线并联为一条线接公共电源；四相八线并联为一条线接公共电源。其它四条线分别接：A、/A、B、/B。

　　步进电机跑高速需要高电压支持。步进电机的工作电压，能够适应在较大范围内调整。只要将输入电压加高一点，就可以解决。但是，要特别注意驱动器的输入电压不能高于驱动器电源端标注的电压，否则，会烧毁驱动器。

　　步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，两相步进电机将导致步进电机堵转。要解决这个问题，必须采用加减速的办法。就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。

　　步进电机转速度，是根据输入的脉冲信号的变化来改变的。从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角（细分时为一个细分步距角）。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。下面就加速实例加以说明：

　　加速过程，是由基础频率（低于步进电机的直接起动频率）与跳变频率（逐渐加快的频率）组成加速曲线（降速过程反之）。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到控制效果。指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，很难实现步进电机的高速旋转。

　　很多工控场合，要求步进电机运行平稳、振动小、噪音低、瞬间完成执行指令、高精度定位，都需要在编写软件时使用加减速方法。脉冲频率的不同时间常数，对于某个工控现场步进电机的运行，将会产生不同的控制效果。这就要求控制程序的编写人员，深入了解控制要求，明确运动目标，做到锦上添花，力求完美。

　　本来步进电机，使用开环控制，能够省去很多检测、反馈器件及控制电路，以简单的控制方法，价廉物美的优势，取代很多伺服电机的控制。尤其在低速控制（3000转/分钟以下）环境中，使用步进电机精密控制，有很好的性价比。就是采用闭环控制，其成本也要远低于伺服电机的控制系体成本。在某些工控环境中，负载有可能会随机发生过载现象，使用步进电机开环控制，就会发生丢步。此时，控制系统无法知道丢了多少步，继续按照既定目标工作，导致工作失误。这样，就要求在步进电机带动的主轴上安装旋转编码器，或者安装光电探头、磁敏探头、行程开关等器件，来识别位移物体是否到位，采集到的信号反馈到控制系体，适时修正工作参数，指令步进电机准确动作。

　　如果只有步进电机一种动力源的工控环境，通常不需要将信号线屏蔽。当步进电机周围，有其它动力源或能够产生干扰信号的高压电磁场，就必须将信号线屏蔽，以保证控制信号的指令，能够正确指令步进电机运动。只要控制信号线中有任何由外部干扰源产生的跳变信号，电流强度达到几个毫安，能够推动光耦合，就能够致使步进电机误动作。因此，为保证步进电机正确执行指令，将控制器与驱动器连线.远距离控制步进电机如何布线？

　　步进电机与驱动器之间的连线、控制器与驱动器之间的连线，都允许延长。主要测算好电压衰减参数，补偿信号衰减，都能够实现远距离控制步进电机。

　　绝大多数的工控环境中，无需屏蔽。某些特殊的工控环境中，由于高压强磁场的干扰，还是要求采用屏蔽保护。

　　在本篇文章中，我们将学习如何使用A4988步进驱动器和Arduino开发板

　　。 概述 A4988是一款用于控制双极步进电机的微步进驱动器，内置转换器，易于操作。这意味着我们可以用控制器的2个引脚来

　　在本篇文章中，我们将学习如何使用A4988步进驱动器和Arduino开发板控制步进电机。

　　A4988是一款用于控制双极步进电机的微步进驱动器，内置转换器，易于操作。这意味着我们可以用控制器的2个引脚来控制步进电机，一个用于控制旋转方向，另一个用于控制步数。

　　驱动器提供五种不同的步数分辨率：全步、半步、四分之一步、八分之一步和十六分之一步。此外，两相步进电机它还有一个用于调节电流输出的电位器、过温热关断和交叉电流保护。

　　其逻辑电压为3至5.5 V，如果提供良好的额外冷却设，则每相的电流为2A，如果没有散热器或冷却片，可以提供每相1A的连续电流。

　　现在让我们仔细看看驱动器的引出引脚，以及将它与步进电机和控制器连接起来。因此，我们将从右侧按钮边上的驱动器供电的2个引脚开始 - VDD和接地引脚，我们需要将它们连接到3到5.5 V电源，本例中，指的是是我们的控制器，Arduino开发部提供5 V电源。以下4个引脚用于连接电机。 1A和1B引脚将连接到电机的一个线B引脚连接到电机的另一个线圈。为了给电机供电，我们使用接下来的2个引脚，接地和VMOT，它们需要将它们连接到8到35 V的电源，我们还需要使用至少47μF的去耦电容来保护驱动板免受电压尖峰的影响。

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