单片机步进电机控制：从入门到精通的进阶指南

# 1. 步进电机基础

步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电机，具有控制精度高、响应速度快、定位准确等优点。步进电机的工作原理是基于电磁感应，当线圈通电时会产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，产生转矩驱动转子旋转。

步进电机按相数分类，常见的有两相、三相和五相步进电机。两相步进电机结构简单，控制方便，但转矩较小；三相步进电机转矩较大，但控制复杂度较高；五相步进电机转矩更大，控制更平滑。

# 2. 单片机步进电机控制原理

### 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机械角位移的电机。其工作原理是基于电磁感应。步进电机内部有多个绕组，当向绕组通入电流时，会在绕组周围产生磁场。这些磁场与永磁转子的磁场相互作用，产生转矩，从而带动转子旋转。

### 2.2 单片机与步进电机的连接方式

单片机与步进电机通常通过驱动电路连接。驱动电路的作用是放大单片机输出的控制信号，并提供足够的电流和电压驱动步进电机。常见的驱动电路包括：

- **双极驱动电路：**使用两个 H 桥电路驱动步进电机的两个绕组。
- **单极驱动电路：**使用一个 H 桥电路和一个共阴极或共阳极驱动器驱动步进电机的两个绕组。

### 2.3 步进电机驱动算法

步进电机驱动算法决定了步进电机转子的运动方式。常见的驱动算法包括：

- **全步驱动：**每次向步进电机绕组通入电流，转子都会旋转一个完整的步距角。
- **半步驱动：**每次向步进电机绕组通入电流，转子都会旋转半个步距角。
- **微步驱动：**将步距角进一步细分，实现更平滑的运动。

**代码块：**

# 全步驱动算法
def full_step_drive(motor, steps):
    """
    全步驱动步进电机

    参数：
        motor: 步进电机对象
        steps: 要旋转的步数
    """
    for i in range(steps):
        motor.set_phase(0b1100)  # 通电相位 A 和 B
        time.sleep(0.001)
        motor.set_phase(0b0110)  # 通电相位 B 和 C
        time.sleep(0.001)
        motor.set_phase(0b0011)  # 通电相位 C 和 D
        time.sleep(0.001)
        motor.set_phase(0b1001)  # 通电相位 D 和 A
        time.sleep(0.001)

**逻辑分析：**

该代码块实现了全步驱动算法。它使用 `set_phase()` 方法设置步进电机的相位。每次通电两个相位，转子就会旋转一个完整的步距角。`time.sleep()` 函数用于控制通电时间，从而控制转子的速度。

**参数说明：**

- `motor`：步进电机对象，用于控制步进电机的相位。
- `steps`：要旋转的步数，决定转子旋转的角度。

# 3.1 步进电机控制程序设计

**1. 程序流程图**

graph LR
subgraph 程序流程
    start[程序开始] --> init[初始化]
    init --> set_pin[设置引脚]
    set_pin --> set_timer[设置定时器]
    set_timer --> set_interrupt[设置中断]
    set_interrupt --> loop[循环]
    loop --> delay[延时]
    delay --> step[步进]
    step --> loop
end

**2. 代码实现**

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

// 初始化引脚
void init_pins() {
    // 设置步进电机引脚为输出
    DDRB |= (1 << PB0) | (1 << PB1) | (1 << PB2) | (1 << PB3);
}

//