四相步进电机（4相步进电机接线图）
四相步进电机(四相步进电机接线图)
步进电机的工作原理
步进电机为四相步进电机，由单极DC电源供电。只要步进电机各相绕组按照合适的时序通电，步进电机就可以逐步旋转。
图1四相步进电机步进示意图
首先接通开关SB，关断SA、SC、SD，B相磁极对准转子0、3号齿。同时，转子的1、4号齿与C、D相绕组磁极交错，2、5号齿与D、A相绕组磁极交错。
当开关SC接通而SB、SA和SD断开时，转子由于C相绕组的磁力线和齿1和4之间的磁力线而旋转，齿1和4的磁极与C相绕组的磁极对准。但齿0、齿3和A、B相绕组交错，齿2、齿5和A、D相绕组交错。同样，如果A、B、C、D四相绕组依次供电，转子将沿A、B、C、D方向旋转。
根据通电顺序的不同，四相步进电机可分为单四拍、双四拍和八拍工作模式。单拍和双拍的步距角相等，但单拍的转折瞬间较小。八拍工作模式的步距角是单四拍和双四拍的一半，因此八拍工作模式不仅可以保持较高的旋转力矩，还可以提高控制精度。
单拍、双拍和八拍工作模式的上电时序和波形分别如图2.a、B和C所示:
A.单四拍b .双四拍C八拍
图2。步进电机工作时序波形图
2.基于AT89C2051的步进电机驱动系统的电路原理
图3步进电机驱动系统电路原理图
AT9C2051从P1端口P1.4~P1.7输出控制脉冲，经74LS14反相后进入9014。经9014放大后，由AT9C2051控制光电开关。经过光电隔离后，功率管TIP122放大脉冲信号的电压和电流，驱动步进电机的各相绕组。用不同的脉冲信号使步进电机正转、反转、加速、减速、停止。图L1示出了步进电机的相绕组。AT89C2051选择频率为22MHz的晶体振荡器。选择较高的晶体振荡器的目的是为了在模式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
图3中，RL1~RL4指绕组内阻，50ω电阻为外部电阻，起限流作用，也是提高回路时间常数的元件。D1~D4为续流二极管，通过续流二极管(D1~D4)使电机绕组产生的反电动势衰减，从而保护功率管TIP122不受损坏。
将一个200μF电容与50 ω外部电阻并联，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高步进电机的高频性能。与续流二极管串联的200 ω电阻可以降低电路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后沿更陡，缩短电流下降时间，同时也起到改善高频工作性能的作用。
3.软件设计
根据dip开关KX和KY的不同组合，驾驶员有三种工作模式可供选择:
模式1为中断模式:P3.5(INT1)为步进脉冲输入端，P3.7为正负脉冲输入端。上位机(PC或MCU)和驱动程序之间只用两根线连接。
方式二为串行通信方式:上位机(PC或MCU)向驱动程序发送控制命令，驱动程序根据控制命令自行完成相关控制过程。
模式3为dip开关控制模式:通过K1~K5的不同组合直接控制步进电机。
上电或按下复位键KR后，AT89C2051首先检测dip开关KX和KY的状态，并根据KX和KY的不同组合进入不同的工作模式。模式1的流程图和源程序如下。
在编程中，应特别注意换向时步进电机的处理。为了使步进电机在换向过程中平稳过渡，避免步骤错误，每一步都要设置一个标志位。20H单元的每一位是步进电机的正转标志位；单元21H的每个位是反转标志位。在正向旋转中，不仅正向旋转标志位被分配，而且反向旋转标志位也被分配。倒车时也是如此。这样，当步进电机换向时，最后一个位置可以作为反向运动的起点，从而避免了电机换向时的错误步进。
图4模式1的程序框图
1模式源程序:
MOV 20H，# 00H单元20H设置初始值，电机正转位置指针。
MOV 21H，# 00H单元21H设置初始值，电机反转位置指针。
MOV·P1，# 0C0HP1设置初始值，以防止电机通电时短路。
MOV TMOD，# 60HT1计数器初始化，中断开启。
MOV TL1，#0FFH
MOV TH1，#0FFH
SETB ET1
SETB环境署
SETB TR1
SJMP美元
；* * * * * * * * * *计数器1中断程序* * * * * * * * * *
IT1P: JB P3.7，FAN电机正反转指针
；* * * * * * * * * * *电机向前旋转* * * * * * * * * * * * * *
JB 00H，LOOP0
JB 01H，LOOP1
JB 02H，LOOP2
JB 03H，LOOP3
JB 04H，LOOP4
JB 05H，LOOP5
JB 06H，LOOP6
JB 07H，LOOP7
LOOP0，#0D0H
MOV 20H，#02H
MOV 21H，#40H
AJMP QUIT
LOOP1，#090H
MOV 20H，#04H
MOV 21H，#20H
AJMP QUIT
LOOP2，#0B0H
MOV 20H，#08H
MOV 21H，#10H
AJMP QUIT
LOOP3，#030H
MOV 20H，#10H
MOV 21H，#08H
AJMP QUIT
LOOP4，#070H
MOV 20H，#20H
MOV 21H，#04H
AJMP QUIT
LOOP5，#060H
MOV 20H，#40H
MOV 21H，#02H
AJMP QUIT
LOOP6，#0E0H
MOV 20H，#80H
MOV 21H，#01H
AJMP QUIT
LOOP7，#0C0H
MOV；20H，#01H
MOV 21H，#80H
AJMP QUIT
；* * * * * * * * * * * *电机反转* * * * * * * * * * * * * *
风扇:JB 08H，LOOQ0
JB 09H，LOOQ1
JB 0AH，LOOQ2
JB 0BH，LOOQ3
JB 0CH，LOOQ4
JB 0DH，LOOQ5
JB 0EH，LOOQ6
JB 0FH，LOOQ7
LOOQ0: MOV P1，#0A0H
MOV 21H，#02H
MOV 20H，#40H
AJMP QUIT
LOOQ1，#0E0H
MOV 21H，#04H
MOV 20H，#20H
AJMP QUIT
LOOQ2: MOV P1，#0C0H
MOV 21H，#08H
MOV 20H，#10H
AJMP QUIT
MOV·P1，# 0D0H
MOV 21H，#10H
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AJMP QUIT
MOV P1，050小时
MOV 21H，#20H
MOV 20H，#04H
AJMP QUIT
LOOQ5:MOV·P1，#070H
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AJMP QUIT
MOV·P1，#030H
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AJMP QUIT
LOOQ7: MOV P1，#0B0H
MOV 21H，#01H
MOV 20H，#80H
退出:RETI
结束
4.结论
实验表明，该驱动器可以驱动0.5N.m步进电机。通过调节驱动部分续流二极管的电阻、电容及相关参数，可以驱动1.2N.m步进电机。驱动电路简单可靠，结构紧凑，特别适用于I/O口线和MCU资源紧张的系统。
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