步进电机单片机控制案例剖析：从理论到实战，掌握电机控制精髓

# 1. 步进电机控制基础**

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的执行器。它具有结构简单、控制方便、响应速度快等优点，广泛应用于工业自动化、医疗器械、机器人等领域。

步进电机的基本工作原理是，当定子绕组通电时，会在定子齿槽内产生磁场。该磁场与转子上的永磁体相互作用，产生电磁力，驱动转子旋转。通过控制定子绕组的通电顺序和脉冲宽度，可以实现步进电机的精确控制。

步进电机控制系统通常由单片机、步进电机驱动器和步进电机组成。单片机负责产生控制脉冲信号，驱动器负责放大和驱动电机。通过调整脉冲信号的频率和占空比，可以控制电机的速度和扭矩。

# 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为角位移或线位移的执行器。其工作原理基于电磁感应，具体如下：

1. **定子结构：**定子由多个绕组组成，每个绕组对应一个极对。绕组通电后会在定子内产生磁场。
2. **转子结构：**转子通常由永磁材料制成，具有多个齿槽。齿槽的磁极方向与定子磁场方向相反。
3. **电磁感应：**当定子绕组通电时，会产生磁场。这个磁场与转子磁场相互作用，产生电磁力。电磁力使转子齿槽与定子极对对齐，从而实现转动。
4. **步进：**通过依次给定子绕组通电，可以控制转子的步进运动。每个脉冲信号对应转子一个步距角。

### 2.2 单片机控制步进电机的原理

单片机控制步进电机需要完成以下步骤：

1. **脉冲发生：**单片机通过其内部定时器或外围脉冲发生器产生脉冲信号。
2. **脉冲分配：**将脉冲信号分配到不同的定子绕组，控制绕组的通电顺序。
3. **驱动电路：**驱动电路放大单片机输出的脉冲信号，驱动步进电机。
4. **反馈控制：**通过编码器或霍尔传感器等反馈装置，实时监测转子的位置，并根据偏差调整脉冲输出。

### 2.3 步进电机控制算法

常用的步进电机控制算法有：

1. **全步进控制：**每次通电一个定子绕组，转子旋转一个步距角。
2. **半步进控制：**每次通电两个定子绕组，转子旋转半个步距角。
3. **微步进控制：**通过调整定子绕组的通电时间和电流大小，实现更精细的步进控制。

**代码块：**

# 定义步进电机控制参数
STEP_PULSE_WIDTH = 100  # 脉冲宽度（微秒）
STEP_DELAY = 50  # 脉冲间隔（微秒）
STEP_DIRECTION = 1  # 旋转方向（1：正向，-1：反向）

# 初始化步进电机控制引脚
step_pin = 12  # 步进脉冲引脚
dir_pin = 13  # 步进方向引脚

# 单步进电机控制函数
def step_motor(steps):
    # 设置旋转方向
    GPIO.output(dir_pin, STEP_DIRECTION)

    # 循环发送脉冲
    for i in range(steps):