单片机步进电机控制实战宝典：代码实现与调试，快速上手

# 1. 单片机步进电机控制基础

步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的执行器，具有定位精度高、响应快、控制简单等优点，广泛应用于工业自动化、数控机床、机器人等领域。单片机步进电机控制是指利用单片机对步进电机进行控制，实现精确定位和运动控制。

本节将介绍步进电机的基本原理、分类、驱动方式，以及单片机步进电机控制的基本概念和方法。

# 2. 步进电机控制算法

### 2.1 步进电机的类型和特性

步进电机是一种将电脉冲转换为机械角位移的电机。它们以步长为单位移动，步长是电机转动一个齿槽的角位移。步进电机的类型主要有以下几种：

- **永磁步进电机：**使用永磁体作为转子，具有高扭矩和低惯量。
- **可变磁阻步进电机：**使用可变磁阻材料作为转子，具有较高的精度和较低的扭矩。
- **混合步进电机：**结合了永磁体和可变磁阻技术的优点，具有较高的扭矩和精度。

步进电机的特性包括：

- **步距角：**电机转动一个齿槽的角位移。
- **相数：**电机的相数，通常为 2 相或 3 相。
- **额定电压：**电机的额定工作电压。
- **额定电流：**电机的额定工作电流。
- **保持扭矩：**电机在静止状态下保持位置的扭矩。
- **启动扭矩：**电机从静止状态启动时的扭矩。

### 2.1.2 步进电机的驱动方式

步进电机可以通过以下方式驱动：

- **单极驱动：**使用单极驱动器，电机需要一个公共接地端。
- **双极驱动：**使用双极驱动器，电机每个相有两个接线端，可以反向通电改变转动方向。
- **斩波驱动：**使用斩波驱动器，通过控制通电和断电时间来调节电机的电流。

不同的驱动方式具有不同的优点和缺点，具体选择取决于电机特性和应用要求。

### 2.2 步进电机控制算法

步进电机控制算法是控制电机转动的算法。常见的步进电机控制算法包括：

#### 2.2.1 全步进控制算法

全步进控制算法是最简单的控制算法，它将电机的每个相通电 90 度，从而使电机转动一个步距角。该算法具有较低的精度和较高的振动，适用于低速应用。

void fullStepControl(int steps) {
  for (int i = 0; i < steps; i++) {
    // 通电相 1
    digitalWrite(coil1, HIGH);
    digitalWrite(coil2, LOW);
    digitalWrite(coil3, LOW);
    digitalWrite(coil4, LOW);

    // 延时
    delay(delayTime);

    // 通电相 2
    digitalWrite(coil1, LOW);
    digitalWrite(coil2, HIGH);
    digitalWrite(coil3, LOW);
    digitalWrite(coil4, LOW);

    // 延时
    delay(delayTime);

    // 通电相 3
    digitalWrite(coil1, LOW);
    digitalWrite(coil2, LOW);
    digitalWrite(coil3, HIGH);
    digitalWrite(coil4, LOW);

    // 延时
    delay(delayTime);

    // 通电相 4
    digitalWrite(coil1, LOW);
    digitalWrite(coil2, LOW);
    digitalWrite(coil3, LOW);
    digitalWrite(coil4, HIGH);

    // 延时
    delay(delayTime);
  }
}

**参数说明：**

- `steps`：要转动的步数。
- `delayTime`：每个步长之间的延时时间。

**逻辑分析：**

该代码使用全步进控制算法控制步进电机转动。它依次通电电机的四个相，每个相通电 90 度，从而使电机转动一个步距角。

#### 2.2.2 半步进控制算法

半步进控制算法比全步进控制算法精度更高，它将电机的每个相通电 45 度，从而使电机转动半个步距角。该算法具有较高的精度和较低的振动，适用于中速应用。

void halfStepControl(int steps) {
  for (int i = 0; i < steps * 2; i++) {
    // 通电相 1 和相 2
    digitalWrite(coil1, HIGH);
    digitalWrite(coil2, HIGH);
    digitalWrite(coil3, LOW);
    digitalWrite(coil4, LOW);

    // 延时
    delay(delayTime);

    // 通电相 2 和相 3
    digitalWrite(coil1, LOW);
    digitalWrite(coil2, HIGH);
    digitalWrite(coil3, HIGH);
    digitalWrite(coil4, LOW);

    // 延时
    delay(delayTime);

    // 通电相 3 和相 4
    digitalWrite(coil1, LOW);
    digitalWrite(coil2, LOW);
    digitalWrite(coil3, HIGH);
    digitalWrite(coil4, HIGH);

    // 延时
    delay(delayTime);

    // 通电相 4 和相 1
    digitalWrite(coil1, HIGH);
    digitalWrite(coil2, LOW);
    digitalWrite(coil3, LOW);