步进电机28J个人总结版.doc

步进电机28BYJ-48介绍和驱动电路及程序28BYJ-5V步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构通俗一点讲：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（及步进角）您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您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当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距四相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（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A如下图所示，定子有8个大齿，每个大齿上面有5个小齿，所以定子一共有40个小齿但是28BYJ步进电机的定子结构不是下图中所示图1 步进电机定子结构图1 个人理解一下为作者自己通过查找资料和实验验证得到的结论，难免有所纰漏，请见谅与指正。

——by Arron Chen, in HUST, 2014/3/61.1 28BYJ-5V步进电机内部结构图图1.1 将要拆开的28BYJ-5V打开上盖后的减速齿轮：图1.2 减速齿轮和前盖图1.3 定子绕组图1.4转子(左)和后盖(右)1.2 转子转动原理 将电机拆开可见，定子分两层，每层绕有绕向相反的两组铜线，上面一层两根线分别对应四相中的A、C(因C相线圈与A同层反向，故又称C为)；下面一层分别对应四相中的B、D(因D相线圈与B同层反向，故又称D为)每层线圈被上下两个铁片夹在中间，每个铁片上有均匀分布的8个垂直于铁片平面的齿，并插入线圈轴中，并且两个铁片对应的8个齿相互交错，将圆周均分为16等份，并且上下两层的16个齿也是相互交错的，于是两层所有共32个齿将圆周均分为32等份，从轴向看就是有32个均匀分布的齿，并且任意相邻的两个齿是分属于上下不同层次的线圈轴中定子绕组上的接线示意图如下图1.5：图1.5 定子绕组上的接线示意图当其中一相(比如A相)对应的线圈通电时，该层所在的两个铁片分别变为磁场的S极和N极，致使与之相连的8个齿分别为S极和N极，产生一个扭矩(其实就是一个吸引力)，将转子中最近的一个异极性齿吸引过来，致使转子转动。

稳定时必有一对定、转子齿是正对的互相吸引的N-S极下图1.7中齿1和5为上层线圈上面铁片的齿，齿2和6为下层线圈上面铁片的齿，齿3和7为上层线圈下面铁片的齿，齿4和8为下层铁片下面的齿，都只画出了8个中正对的两个由下图1.6和图1.7大致可以知道在给定脉冲后定子齿的极性变化规律图1.6 脉冲序列图图1.7 定子齿极性变化图但需要注意的是，给任意一相送脉冲时，转子永远稳定在一个地方，不会动；给任意两相来回送脉冲都会使得转子来回转动，也就是定子的两个齿将转子来回吸引拉动，而不可能使转子往一个方向转动，也就使得电机不能正常工作——比如一个脉冲给A相时，转子顺时钟转动一个齿轮，第二个脉冲给B、C、D中任意一相，转子就会逆时钟转动一个齿轮，即回到电机接收到第一个脉冲前的位置；对于只给其中任意三相供电，情况与两相供电类似，一个方向连转两次后反转一次，每给一组脉冲都是如此，电机不能正常工作只有当给ABCD依次给四个脉冲时才能使转子一直同向转动1.3 减速齿轮 该信号步进电机内部有5个齿轮，经过了四级减速，对应有4个减速齿轮，分别为转子、减速齿轮1、减速齿轮2、减速齿轮3，最后一个齿轮即外轴四个减速齿轮都有大端和小端，大端齿数比小端齿数多，大、小端齿轮数之比分别为31:9(大端31齿这个参数还不肯定)、32:11、22:9和26:10，外轴齿轮有31个齿。

若将定子也看做齿轮，则它是一个由4个大齿共32个小齿组成的齿轮 此外，由上面分析的工作原理可知，为了电机能正常转动，定子小齿数和转子小齿数不能相同，因为一旦转子处于稳定状态，那么不管以后给哪一相供电，所有齿轮受力都处于平衡状态，转子仍然会保持原来的稳定状态而不会转动1.4 步距角通过实验证明，该配套电机的步距角度为5.625/32，意思是，按照理论，每给一个脉冲，经过减速齿轮后使得外轴(也就是我们在外面看到的那个转轴)转动5.625/32度，然而，实际上当转子连续转动齿数小于3时，减速齿轮1和2都能看到明显转动，但减速齿轮3基本看不到转动，尤其是其小端，而外轴则是一点都没有转动；当转子转动4个齿时可以看到外轴有很微小的转动，也就是说该步进电机的最小转动角度实际为5.625/8度，当电机接收到32个脉冲时会转动5.625度1.5 脉冲频率限制问题对于脉冲频率不能太高的问题，也就是电机转动速度有上限问题，个人认为是因为给过脉冲后定子齿轮的磁性需要一定时间消退，在当前定子(假设为A)的磁性消退前就给下一个定子齿轮(假设为B)送脉冲使其具有与当前定子齿轮(A)相同极性的磁性，由于当前定子(A)和转子的距离最近，最稳定，下一个定子(B)与离他最近的转子齿轮不是正对的，不在一条线上，故他们之间之间的距离绝对比当前定(A)、转子齿轮的距离大，吸引力小，于是无法牵引转子转动，转子任然保持原来的稳定状态，这样一来就相当于跳过了一相(B)，再对C、D相发送脉冲时就更不能使转子转动了,于是电机就永远稳定在A相定子齿轮处。

1.6 三种控制方式对于该电机有三种控制方式：单相四拍(A-B-C-D)、双相四拍(AB-BC-CD-DA)和双相八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA)单相四拍(A-B-C-D)和双相四拍(AB-BC-CD-DA)是完全等价的，一个循环使外轴5.625/8度AB接收到脉冲时，转子稳定在A处，纵然B此时也有磁性，但按照上段的解释，此时B的磁力不足以与A抗衡，不能牵引转子转动；BC接收到脉冲时，A没有接受到脉冲，没有磁力，故此时B牵引转子转动并稳定在B处，C此时无法牵引转子转动，依此类推双相八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA)，一个循环也是使转子转动5.625/8度，但耗费的时间是四拍的两倍，也就是速度是四拍的一半A接收到脉冲时，牵引转子转动一个齿，稳定在A；AB时，转子仍然稳定在A；B时，转子转动5.625/32度，稳定在B；后面依此类推但要注意的是，不是所有步进电机都同时支持这三种工作方式的1.7 单片机驱动电路及C语言程序1.7.1 单片机驱动电路红线接电源5V，橙色电线接P1.3口，黄色电线接P1.2口，粉色电线接P1.1口，蓝色接P1.0口由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，如下：图1.8 步进电机驱动电路图举个例子，对于双相8拍正向旋转工作方式，驱动脉冲与对应的P1端口码值如下 橙  黄 粉蓝十六制（P1口）  1 0 0 0 0x08 1 1 0 0 0x0c 0 1 0 0 0x04 0 1 1 0 0x06 0 0 1 0 0x02 0 0 1 1 0x03 0 0 0 1 0x01 1 0 0 1 0x09于是得到双相8拍正向旋转码为：{0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09}对于反向旋转只需将正转码前后顺序颠倒即可。

其余两种工作方式类推1.7.2 C语言程序 对应1.2.1节中电路的C语言程序如下：#include bit Flag;//定义正反转标志位unsigned char code FS_Rotation[4]={0x01,0x02,0x04,0x08}; //单相四拍正转表格unsigned char code FD4_Rotation[4]={0x03,0x06,0x0C,0x09}; //双相四拍正转表格unsigned char code FD8_Rotation[8]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09}; //双相8拍正转表格unsigned char code BD4_Rotation[4]={0x09,0x0C,0x06,0x03}; //双相四拍反转表格/******************************************************************//* 延时函数 *//******************************************************************/void Delay(unsigned int i)//延时{ while(--i);}/******************************************************************//* 主函数 *//******************************************************************/main(){ unsigned int i,j=0,n=0; EX1=1; //外部中断0开 IT1=1; //边沿触发 EA=1; //全局中断开while(1){ while(!Flag) { P0=0x71;//显示 F 标示正转 for(i=0;i<4;i++) //4相 { P1=FD4_Rotation[i%4]; //输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); //改变这个参数可以调整电机转速 ,数字越小，转速越大 } while(!Flag); }while(Flag) { P0=0x7C;//显示 b 标示反转 for(i=0;i<4;i++) //4相 { P1=BD4_Rotation[i]; //输出对应的相 Delay(500); //改变这个参数可以调整电机转速 ,数字越小，转速越大 } } }}/******************************************************************//* 中断入口函数 *//******************************************************************/void ISR_Key(void) interrupt 2 using 1{ Delay(300); Flag=!Flag; //s3按下触发一次，标志位取反 }2 网上搜索。