步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。正常運(yùn)動(dòng)情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接受數(shù)字量的控制，所以特別適宜采用微機(jī)進(jìn)行控制。

　?。ㄒ唬┎竭M(jìn)電機(jī)的種類

　　目前常用的有三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：

　?。?）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VR）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角小；但動(dòng)態(tài)性能差。

　　（2）永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PM）永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角大。

　?。?）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（HB）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩

　　者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

　?。ǘ┎竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

　　圖X1三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

　　1——定子 2——轉(zhuǎn)子 3——定子繞組

　　圖x1是最常見的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的剖面示意圖。電機(jī)的定子上有六 個(gè)均布的磁極，其夾角是60º。各磁極上套有線圈，按圖1連成A、B、C三相繞組。轉(zhuǎn)子上均布40個(gè)小齒。所以每個(gè)齒的齒距為θE=360º/40=9º，而定子每個(gè)磁極的極弧上也有5個(gè)小齒，且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬均相同。由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分?jǐn)?shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯(cuò)位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對齊，如圖，那么B相和C相磁極的齒就會分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的齒距，即3º。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。若給B相通電，B相繞組產(chǎn)生定子磁場，其磁力線穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，直到B磁極上的齒與轉(zhuǎn)子齒對齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過3º；此時(shí)A、C磁極下的齒又分別與轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開三分之一齒距。接著停止對B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向再轉(zhuǎn)過3º。

　　依次類推，當(dāng)三相繞組按A→B→C→A順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會按順時(shí)針方向，以每個(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3º的規(guī)律步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)起來。若改變通電順序，按A→C→B→A順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時(shí)針方向以每個(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3º的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槊恳凰查g只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運(yùn)行方式。單三拍運(yùn)行時(shí)的步矩角θb為30º。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運(yùn)行，即按AB→BC→CA→AB順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運(yùn)行，即按A→AB→B→BC→C→CA→A順序循環(huán)通電的方式。六拍運(yùn)行時(shí)的步矩角將減小一半。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角可按下式計(jì)算：

　　θb=360º/NEr（x-1）

　　式中 Er——轉(zhuǎn)子齒數(shù)， N——運(yùn)行拍數(shù)，N=km，m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組相數(shù)，k=1或2。

　?。ㄈ┎竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性

　?。?）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號必須為脈沖信號，沒有脈沖信號的時(shí)候，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。

　?。?）步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 （3）改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

　　工作原理分析：

　　在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中，采用了帶光耦隔離，抗干擾能力強(qiáng)的TLP521作為隔離電流保護(hù)芯片，其中L297的17腳通過給高低電平來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，而18腳為步進(jìn)時(shí)鐘輸入端，控制每個(gè)步數(shù)的時(shí)間增量，19腳步進(jìn)電機(jī)的半步或者整步的選擇，10腳為使能控制端，來控制電機(jī)的啟停，而經(jīng)過內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路、高壓、大電流雙 H 橋式驅(qū)動(dòng)器L298來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；利用L298實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其正反轉(zhuǎn)，并采用二極管進(jìn)行續(xù)流保護(hù)，利用7805提供5v電源給控制器和l298芯片供電，這個(gè)電路在工作時(shí)間長的情況下容易發(fā)熱，造成電路不穩(wěn)定性缺點(diǎn)。

　　主要功能特點(diǎn)是：

　　關(guān)鍵芯片：L298N 雙H 橋直流/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

　　L298N 芯片工作電壓：DC 4.5~5.5V。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源電壓DC 5--35V。

　　電源輸入正常時(shí)有LED 燈指示。

　　PCB尺寸：4.4*5.0cm

　　最大輸出電流2A（瞬間峰值電流3A），最大輸出功率25W。

　　輸出正常時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有LED 燈指示。

　　具有二極管續(xù)流保護(hù)。

　　可單獨(dú)控制２臺直流電機(jī)或１臺兩相4 線（或6 線）步進(jìn)電機(jī)。

　　可以采用并聯(lián)接法控制一臺高達(dá)3A 的直流電機(jī)。

　　可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。