4.2.2 步进电动机控制原理
步进电动机接收步进控制信号，输出角位移（或线位移），具有启停迅速、步距精确、控制方便等优点。
按照不同的分类方法，步进电动机可以分为多种类型。
（1）按照电动机转子结构和工作原理，可将步进电动机分为磁阻式（反应式）、永磁式、混合式。
（2）按照步进电动机的绕组相数，可将步进电动机分为两相、三相、四相、五相电动机。
（3）按照运动方式，可将步进电动机分为旋转电动机和直线电动机。
步进电动机的运行可以用专用控制驱动芯片控制，也可采用微机控制。
步进电动机的控制，包括控制脉冲的产生和分配，可以用硬件方法实现，也可以用软件方法即单片机来实现。采用单片机控制，可以通过软件设置方法来控制步进电动机的运行步数（角度）、转速、转向和运行方式，使用起来方便灵活。
步进电动机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号，因为步进电动机的运动不产生旋转量的误差积累。
步进电动机是数字控制电动机，是用脉冲信号进行控制的，它将脉冲信号转变成相应的角位移，也称为脉冲电动机。每给步进电动机输入一个电脉冲信号，步进电动机就转动一个角度，称为步距角，其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲信号输入的频率成正比，通过改变频率就可以调节电动机的转速。如果步进电动机的各项绕组保持某种通电状态，则其具有自锁能力。
使用开环控制方式能对步进电动机的转动方向、速度和角度进行调节。所谓步进，就是指每给步进电动机一个递进脉冲，步进电动机各绕组的通电顺序就改变一次，即电机转动一次。根据步进电动机控制绕组的多少可以将电动机分为三相、四相和五相电动机，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以20个励磁信号来计算，则每个励磁信号可使步进电动机前进18°，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。
步进电动机的励磁方式可分为全步励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称为1-2相励磁。图4.6所示的为步进电动机的控制电路，通过控制A、B、C、D的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机前进一次。因此，依序不断送出脉冲信号，即可使步进电动机连续转动。
下面分别介绍1相励磁法、2相励磁法和1-2相励磁法。
1.1相励磁法
该励磁法使步进电动机在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每传送一个励磁信号可使步进电动机前进18°。若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序为A→B→C→D→A。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
2.2相励磁法
该励磁法使步进电动机在每一瞬间只有二个线圈导通。因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每位送一个励磁信号可使步进电动机前进18°。若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序为AB→BC→CD→DA→AB。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
3.1-2相励磁法
该励磁法为1相与2相交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每传送一个励磁信号可使步进电动机前进9°，故该方法被广泛采用。若以1-2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序为A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
控制步进电动机的速度，如果给步进电动机发送一个控制脉冲，它就前进一步，再发送一个脉冲，它会再前进一步。两个脉冲的时间间隔越短，步进电动机就转得越快。调整单片机发出的脉冲，就可以对步进电动机进行调速。
电动机的负载转矩与速度成反比，速度越快负载转矩越小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每前进一步后，程序必须延时一段时间。
加给步进电动机A、B、C、D端的输入控制脉冲需要一定的电流。小功率的步进电动机可以使用8重达林顿反相驱动器ULN2803来驱动。
本实验中所使用的步进电动机为四相八拍电动机，电压为DC 5V，其励磁线圈及其励磁顺序如图4.5及表4.1所示。
图4.5 励磁线圈
表4.1 励磁顺序
