什么是步进电机？简单的步进电机驱动调试

1.背景

收拾东西发现一个步进电机（应该是之前从摄像头拆下来的，42步进电机），驱动一下试试。简单记录一下，内容比较简单，欢迎大家指正。

2.硬件

都是用手边有的材料：
控制板用ART-Pi；
驱动板L298N模块；
电源DC12V；

3.原理

3.1 什么是步进电机

步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。

步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时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。（网上摘录）

3.2 步进电机驱动方式

1)4拍，整步控制，就是依据电机固有结构设计固定的步距角工作，一个电脉冲，步进电机前进一个步距角；

2）8拍，半步控制，是以电机固有的结构决定的步距角的一半角度进行步进旋转；

3）微步，细分控制，步距角更小，就是1/4步、1/8步、1/16步、1/32步，可以到很高的细分（最高应该是1/256步），对应的步进角度就是在整步步距角乘以微步系数。微步控制就要用到驱动芯片了，比如TI的DRV8889A。

3.3 L298N模块

L298N常用的双H桥电机驱动模块，都应该比较熟悉了不再过多介绍。

4.硬件连接

1）步进电机2相4线，直接接L298N模块的OUT1~OUT4,ENA、ENB跳线帽，电源DC12V；

OUT1—->A+
OUT2—->A-
OUT3—->B+
OUT4—->B-

2）L298N接ART-Pi

IN1—->PH7
IN2—->PH8
IN3—->PH9
IN4—->PH10

5.程序代码

这里采用8拍控制方式，简单驱动电机转动，实现任意角度的正反转控制。

5.1 正转控制（顺时针）

void turn_angle_forward(float_t angle)
{
rt_uint16_t half_beat_num = 0;//角度转换半拍总数
rt_uint16_t half_beat_count = 0;//半拍计数
rt_uint8_t beat_now = 0;//当前节拍
//半拍步进值360°/50/8 = 0.9°
half_beat_num = (angle * 10) / 9;
while(1)
{
switch (beat_now)
{
case 0://1000
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 1;
break;
case 1: //1010
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 2;
break;
case 2://0010
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 3;
break;
case 3://0110
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 4;
break;
case 4://0100
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 5;
break;
case 5://0101
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_HIGH);
beat_now = 6;
break;
case 6://0001
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_HIGH);
beat_now = 7;
break;
case 7://1001
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_HIGH);
beat_now = 0;
break;
default:
beat_now = 0;
break;
}
DELAY;
half_beat_count++;
if(angle > 0)
{
if(half_beat_count > half_beat_num)
break;
}
}
turn_stop();
}

5.2 反转控制（逆时针）

反正控制时序，形象点从硬件上来说，把A相和B相调换，对应程序的话就是调整一下控制时序。

void turn_angle_reverse(float_t angle)
{
rt_uint16_t half_beat_num = 0;//角度转换半拍总数
rt_uint16_t half_beat_count = 0;//半拍计数
rt_uint8_t beat_now = 0;//当前节拍
//半拍步进值360°/50/8 = 0.9°
half_beat_num = (angle * 10) / 9;
while(1)
{
switch (beat_now)
{
case 0://0010
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 1;
break;
case 1://1010
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 2;
break;
case 2://1000
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 3;
break;
case 3://1001
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_HIGH);
beat_now = 4;
break;
case 4://0001
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_HIGH);
beat_now = 5;
break;
case 5://0101
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_HIGH);
beat_now = 6;
break;
case 6://0100
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 7;
break;
case 7://0110
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_HIGH);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);
beat_now = 0;
break;
default:
beat_now = 0;
break;
}
DELAY;
half_beat_count++;
if(angle > 0)
{
if(half_beat_count > half_beat_num)
break;
}
}
turn_stop();
}
5.3 停止
void turn_stop(void)
{
rt_pin_write(IN1_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN2_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN3_PIN, PIN_LOW);
rt_pin_write(IN4_PIN, PIN_LOW);

5.4 转动效果

正转360°，反转360°

6.总结

简单写了段程序驱动一下步进电机，实现了步进电机的8拍控制，可以任意角度正反转。调速可以通过修改脉冲频率，也就是代码中的DELAY，但是由于步进电机特性限制，速度不能太快，否则会驱动不起来；太慢长时间运转会发热严重。