步進電機控制的教學探究

康永澤

（長江工程職業技術學院,武漢 430200）

1 前言

自動化專業的教學中，步進電機的控制是很重要的，可以用PLC技術來實現，也可以用單片機技術來實現控制，這里主要分析用51單片機如何來實現步進電機的控制。首先讓學生了解步進電機的類型，步進電機分為永磁式步進電機、混合式步進電機。永磁式步進電機價格低、力矩大、動態性能好，主要用在空調扇葉、機械手、流水線等高精度的地方。混合式步進電機價格高、力矩大、精度高，主要用在工業上。

28BYJ-48型步進電機，28是步進電機的最大外徑，B是指步進電機，Y指永磁式，J指減速式，48指四相八拍。

2 步進電機工作原理

結合圖形給學生講解步進電機工作原理，把復雜問題簡單化。分析圖128BYJ-48型步進電機。圖1是實物外形圖，圖2是工作原理圖。

標有0、1、2、3、4、5、6的齒形是轉子，轉子可以轉動的，每個上帶有永久磁鐵。

標有A、B、C、D的是定子，A與其對面的成180度的方向是一組，它繞的是同一個繞組，B、C、D同理。A、B、C、D繞組同時導通、同時關斷，所以是四相永磁式。

分析轉動原理，如圖2所示，逆時針方向轉動，轉動的起始時刻，B相合上，0與3轉子與B兩端有最大吸引力，1與C有一個小的夾角，2與D有一個大的夾角。B相斷開，C相合上，離C最近的1有最大的吸引力，被吸過去了，1就移動了一個角度，這個角度叫步進角度。C相斷開，D相合上,2會靠到D去。接下來是D相斷開，A相合上，3靠到A，可以分析B、C、D、A一周，轉子轉了一個定子的位置，即4節拍轉一個定子，32節拍轉一圈，用360度除以32，得到11.25度，那么11.25度就是步進角度，這種方式叫做單4拍模式。

8拍模式是B合上，3與0和B對齊。B合上，C合上，0與3轉動到4拍模式的步進角度的一半距離。B斷開，C合上，轉動一個步進角度。C合上，D合上，然后是C斷開，D合上，依次類推。總結一下就是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，步進角度是單4拍的一半，力矩要比單4拍的大。雙4拍模式，每次兩拍，B、C合上，然后C、D合上，接著D、A合上，依次下去。

我們選擇8拍模式來工作，8拍模式與4拍模式相比較，精度更高，力矩更大，可以實現最大性能。

3 寫程序注意

讓學生弄懂電路圖，掌握工作流程。

電機的四根線是橙色、黃色、粉色、藍色，分別對應的是A、B、C、D相，如果要A相繞組導通，橙色線接地就可以了。要B相繞組導通，黃色線接地就可以了。要C相繞組導通，粉色線接地就可以了。要D相繞組導通，藍色線接地就可以了。

所以出來一個控制順序如圖3：

圖4，圖5中MCO對應的是橙色,MC0為低電平相當于橙色線接地。MC1對應的是黃色，MC1為低電平相當于黃色線接地。MC2對應的是粉色，MC2為低電平相當于粉色線接地。MC3對應的是藍色，MC3為低電平相當于藍色線接地。圖5中跳線帽必須換到是P1口與MC口接通。橙色接地，相當于二進制1110，轉換成十六進制是0X0E。橙色接地，黃色接地，相當于二進制1100，轉換成十六進制是0X0C。黃色接地，相當于二進制1101，轉換成十六進制是0X0D。

依次類推，控制順序是：0X0E,0X0C,0X0D,0X09,0X0B,0X03,0X0 7,0X06,高四位保持不變，送給P1,低四位送給P1。但是節拍導通太快，電機反應不過來，所以廠家給定P.P.S大于或等于550 HZ，我們取550HZ，即時間間隔為1.8mS就可以讓電機轉起來。注意的是我們取551 HZ就不能導通，取450 HZ就可以導通。這里的大于或等于要正確理解。然后把步進電機程序寫出來之后，下載到單片機，調試運行即可以看到結果。

[1]馮文旭等.著.單片機原理及應用[M]. 機械工業出版社.

[2]張毅剛主編.單片機原理及接口技術[M]. 人民郵電出版社.