单片机步进电机控制：高精度定位技术和应用

# 1. 单片机步进电机控制概述

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机。它具有精度高、控制方便、响应速度快等优点，广泛应用于数控机床、机器人、打印机等领域。

单片机步进电机控制是指使用单片机对步进电机进行控制，通过输出特定的脉冲信号来驱动步进电机运动。单片机步进电机控制系统通常包括单片机、步进电机驱动器和步进电机。单片机负责产生脉冲信号，驱动器负责放大和驱动步进电机。

# 2. 单片机步进电机控制理论

### 2.1 步进电机的工作原理

步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的执行器。其工作原理是基于电磁感应，当线圈通电时会在定子齿槽中产生磁场，转子上的永磁体与定子磁场相互作用，产生转矩，从而带动转子旋转。

步进电机的转动角度与输入的脉冲数成正比，因此可以通过控制脉冲的个数和频率来控制电机的转速和位置。步进电机具有以下特点：

- **步进角：**步进电机每次旋转的最小角度，通常为 1.8°、3.6° 或 7.5°。
- **相数：**步进电机有单相、两相、三相等类型，相数越多，转矩越大。
- **额定电流：**电机正常工作所需的电流，超过额定电流会缩短电机寿命。
- **额定转矩：**电机在额定电流下所能输出的最大转矩。

### 2.2 单片机步进电机控制原理

单片机控制步进电机主要通过输出脉冲信号来实现。单片机通过内部定时器或外部脉冲发生器产生脉冲信号，并通过驱动电路将脉冲信号放大后驱动步进电机。

单片机控制步进电机的方式有多种，常见的有：

- **全步进：**每步驱动一个线圈，转动步进角为步进电机的步进角。
- **半步进：**每步驱动两个线圈，转动步进角为步进电机的步进角的一半。
- **微步进：**通过调整脉冲的宽度和相位，实现比步进角更小的旋转角度。

#### 代码块：步进电机全步进控制代码

// 定义步进电机引脚
#define STEP_PIN1  PB0
#define STEP_PIN2  PB1
#define STEP_PIN3  PB2
#define STEP_PIN4  PB3

// 步进电机全步进控制函数
void step_motor_full_step(int steps) {
    int i;
    for (i = 0; i < steps; i++) {
        // 顺序驱动四个线圈
        digitalWrite(STEP_PIN1, HIGH);
        digitalWrite(STEP_PIN2, LOW);
        digitalWrite(STEP_PIN3, LOW);
        digitalWrite(STEP_PIN4, LOW);
        delayMicroseconds(1000);  // 延时 1ms