步进电机控制的教学探究

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摘 要：步进电机使用的地方很多，在空调扇叶、机械手、流水线上都有使用，步进电机可以用PLC与变频器来控制，也可以用单片机来控制。我们多分析研究步进电机的控制对教学有好处，可以拓展我们的思路。本文主要分析了步进电机的工作原理、电路接线、C语言程序。

关键词：步进电机;转子;定子

1 前言

自动化专业的教学中，步进电机的控制是很重要的，可以用PLC技术来实现，也可以用单片机技术来实现控制，这里主要分析用51单片机如何来实现步进电机的控制。首先让学生了解步进电机的类型，步进电机分为永磁式步进电机、混合式步进电机。永磁式步进电机价格低、力矩大、动态性能好，主要用在空调扇叶、机械手、流水线等高精度的地方。混合式步进电机价格高、力矩大、精度高，主要用在工业上。

28BYJ-48型步进电机，28是步进电机的最大外径，B是指步进电机，Y指永磁式，J指减速式，48指四相八拍。

2 步进电机工作原理

结合图形给学生讲解步进电机工作原理，把复杂问题简单化。分析图128BYJ-48型步进电机。图1是实物外形图，图2是工作原理图。

标有0、1、2、3、4、5、6的齿形是转子，转子可以转动的，每个上带有永久磁铁。

标有A、B、C、D的是定子，A与其对面的成180度的方向是一组，它绕的是同一个绕组，B、C、D同理。A、B、C、D绕组同时导通、同时关断，所以是四相永磁式。

分析转动原理，如图2所示，逆时针方向转动，转动的起始时刻，B相合上，0与3转子与B两端有最大吸引力，1与C有一个小的夹角，2与D有一个大的夹角。B相断开，C相合上，离C最近的1有最大的吸引力，被吸过去了，1就移动了一个角度，这个角度叫步进角度。C相断开，D相合上，2会靠到D去。接下来是D相断开，A相合上，3靠到A，可以分析B、C、D、A一周，转子转了一个定子的位置，即4节拍转一个定子，32节拍转一圈，用360度除以32，得到11.25度，那么11.25度就是步进角度，这种方式叫做单4拍模式。

8拍模式是B合上，3与0和B对齐。B合上，C合上，0与3转动到4拍模式的步进角度的一半距离。B断开，C合上，转动一个步进角度。C合上，D合上，然后是C断开，D合上，依次类推。总结一下就是B合上，B、C合上，C合上，C、D合上，D合上，D、A合上，依次下去，步进角度是单4拍的一半，力矩要比单4拍的大。

双4拍模式，每次两拍，B、C合上，然后C、D合上，接着D、A合上，依次下去。

我们选择8拍模式来工作，8拍模式与4拍模式相比较，精度更高，力矩更大，可以实现最大性能。

3 写程序注意

让学生弄懂电路图，掌握工作流程。

电机的四根线是橙色、黄色、粉色、蓝色，分别对应的是A、B、C、D相，如果要A相绕组导通，橙色线接地就可以了。要B相绕组导通，黄色线接地就可以了。要C相绕组导通，粉色线接地就可以了。要D相绕组导通，蓝色线接地就可以了。

所以出来一个控制顺序如图3：

图4，图5中MCO对应的是橙色，MC0为低电平相当于橙色线接地。MC1对应的是黄色，MC1为低电平相当于黄色线接地。MC2对应的是粉色，MC2为低电平相当于粉色线接地。MC3对应的是蓝色，MC3为低电平相当于蓝色线接地。图5中跳线帽必须换到是P1口与MC口接通。橙色接地，相当于二进制1110，转换成十六进制是0X0E。橙色接地，黄色接地，相当于二进制1100，转换成十六进制是0X0C。黄色接地，相当于二进制1101，转换成十六进制是0X0D。

依次类推，控制顺序是：0X0E，0X0C，0X0D，0X09，0X0B，0X03，0X07，0X06，高四位保持不变，送给P1，低四位送给P1。但是节拍导通太快，电机反应不过来，所以厂家给定P.P.S大于或等于550 HZ，我们取550HZ，即时间间隔为1.8mS就可以让电机转起来。注意的是我们取551 HZ就不能导通，取450 HZ就可以导通。这里的大于或等于要正确理解。然后把步进电机程序写出来之后，下载到单片机，调试运行即可以看到结果。

参考文献：

[1] 冯文旭等.著.单片机原理及应用[M]. 机械工业出版社.

[2]张毅刚主编.单片机原理及接口技术[M]. 人民邮电出版社.

作者简介：康永泽（1971-），湖北仙桃人，副教授，监理工程师，研究方向：机电工程。