51单片机嵌入式开发：16、STC89C52RC 嵌入式之 步进电机28BYJ48、四拍八拍操作

STC89C52RC 之 步进电机28BYJ48操作

1 概述

1.1 步进电机概述

步进电机是一种电动机类型，用于将电脉冲信号转换为精确的旋转运动。与传统的直流电机相比，步进电机具有以下特点：
（1）精确控制：步进电机可以按照给定的电脉冲信号进行精确的步进运动，每个脉冲对应一个固定的角度移动，从而实现精确的定位和控制。
（2）分步运动：步进电机的运动是通过逐步驱动电机的转子来实现的。每个电脉冲信号引起电机转子旋转一个固定的步距角，从而实现分步运动。
（3）简单控制：步进电机的控制相对简单，只需提供适当的脉冲信号即可控制电机的旋转角度和速度。可以使用计数器、控制器或微处理器来生成脉冲信号，实现精确的步进运动。
（4）高扭矩低速度：步进电机通常具有较高的静态和动态扭矩，适用于需要高力矩输出但速度较低的应用。
（5）不需要反馈：步进电机在运行时不需要位置反馈装置，因为每个脉冲信号对应一个固定的角度移动，电机的位置可以通过计数脉冲数来确定。
步进电机广泛应用于各种自动化和控制系统中，例如机器人、打印机、数控机床、电子仪器、精密仪器等。其精确的控制和定位能力使其成为许多应用中的理想选择。不同类型的步进电机包括单相步进电机、双相步进电机、混合式步进电机等，每种类型的步进电机具有不同的特性和应用场景。

1.2 28BYJ48概述

28BYJ-48是一种步进电机，常用于各种控制和自动化应用中。
28：步进电机的有效最大外径尺寸是28毫米
B：表示是步进式电机
Y：表示是永磁式型号
J：表示是减速型（减速比1:64）
48：可以四拍、八拍运行

以下是28BYJ-48步进电机的一些常见用途：
机器人运动控制：28BYJ-48步进电机可以用作机器人的关节控制，实现精确的运动和定位，例如机械臂、舵机等。
打印机和扫描仪：步进电机可以用于控制打印机和扫描仪中的进纸、打印头位置和扫描仪移动等功能。
自动门和窗帘控制：步进电机可用于自动门、窗帘等的开启和关闭控制，实现自动化的开关操作。
3D打印机：28BYJ-48步进电机可以用于3D打印机中的X、Y、Z轴的精确定位和运动控制。
绘图仪和CNC机床：步进电机可用于绘图仪和CNC机床中的精确运动和定位控制，实现绘图和切割等操作。
汽车零部件控制：步进电机可用于汽车零部件的控制，如车窗升降、后视镜调节等。
电子设备中的调节和定位控制：步进电机可用于电子设备中的机械臂、摄像头调节、焦距调节等功能。
电子仪器中的精确测量：步进电机可用于电子仪器中的精确测量和定位需求，如显微镜、精密仪器等。
这些只是28BYJ-48步进电机的一些常见用途，实际应用还可以根据需求进行定制和扩展。步进电机的精确控制和定位能力使其成为许多自动化和控制系统中的重要组成部分。

2 步进电机工作原理

2.1 基本原理

步进电机的工作原理基于磁场相互作用和电磁感应的原理，它将电脉冲信号转换为旋转运动。以下是步进电机的一般工作原理：
（1）基本结构：
步进电机通常由定子和转子两部分组成。定子包含电磁线圈，而转子则是带有磁性极性的部分。
（2）磁极排列：
定子上的电磁线圈通常被分成多个相位，每个相位上都有一个磁极。磁极的数目决定了电机的步距角度。
（3）磁场交互作用：
当电磁线圈通电时，产生的磁场与转子上的磁极相互作用，导致转子发生旋转。
（4）相序控制：
为了使步进电机按预期的方向和步距运动，需要正确控制电磁线圈的电流顺序。这称为相序控制。
通过改变电磁线圈的电流顺序，可以使电机按顺时针或逆时针方向旋转，并控制每次步进的角度。
（5）脉冲驱动：
步进电机的旋转运动是通过给定一系列脉冲信号来驱动的。每个脉冲信号对应电机的一个步距角，电机按照脉冲信号的频率和顺序进行步进运动。
（6）步距角度：
步进电机的步距角度取决于电机的结构和磁极的数量。例如，一个4相2线程的步进电机，每个步距角度为360度除以磁极数量。
需要注意的是，步进电机的精确性受到许多因素的影响，如电机的设计、驱动电路的性能、脉冲信号的频率和准确性等。因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素并进行适当的调试和控制，以实现所需的精确控制和定位效果。

2.2 28BYJ48工作原理

（1）28BYJ-48是一种常见的小型步进电机。它是一种四相、八拍驱动的步进电机，采用了无心式转子结构。以下是28BYJ-48步进电机的工作原理：

（2）28BYJ-48步进电机的内部结构示意图如下所示。转子上有6个齿，分别标注为0至5，每个齿上都带有一块永磁体。

定子与电机的外壳固定在一起，定子上有8个齿，每个齿上都缠绕着一个线圈绕组。相对的两个齿上的绕组串联在一起，在图中分别标注为A、B、C、D，形成了4相的概念。这意味着这两个绕组总是同时导通或同时断开。
（3）28BYJ-48主要技术参数：

（4）步进电机的主要特性如下：
驱动方式：
步进电机需要外部驱动才能运转，驱动信号必须是脉冲信号。当没有脉冲信号输入时，步进电机处于静止状态。通过适当的脉冲信号输入，步进电机会按照一定的角度（称为步角）旋转，其转动速度与脉冲信号的频率成正比。
A:28BYJ-48步进电机特性：
28BYJ-48是一种4相5线的减速步进电机，其减速比为1:64，步进角为5.625度/64。若需使其转动一圈，需要4096个脉冲信号（360度/5.625度 × 64）。
B:瞬间启动和急速停止：
步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。一旦脉冲信号输入，步进电机能够立即启动，并且可以迅速停止旋转。
C:方向控制：
通过改变脉冲信号的顺序，可以方便地改变步进电机的转动方向。这使得步进电机在许多应用中具有灵活性和可控性。
因此，步进电机目前广泛应用于打印机、绘图仪、机器人等设备中，成为它们的动力核心。

2.3 28BYJ48控制原理

所采用的是5V步进电机，其额定耗电流约为200mA。驱动采用ULN2003，驱动端口分别为P1.0(A)、P1.1(B)、P1.2©和P1.3(D)。
28BYJ48有三种控制原理

（1）单4拍控制方式
脉冲电平循环发送的方式控制：

unsigned char code F_Rotation[4]={0x02,0x04,0x08,0x10}; //正转表格，换算成二进制 0000 0010，0000 0100，0000 1000，0001 0000
unsigned char code B_Rotation[4]={0x10,0x08,0x04,0x02}; //反转表格，换算成二进制 0001 0000，0000 1000，0000 0100，0000 0010

（2）双4拍控制方式
AC互补，BD互补的方式进行控制：
脉冲电平循环发送的方式控制：

unsigned char code F_Rotation[4]={0x09,0x03,0x06,0x0C}; //正转表格
unsigned char code B_Rotation[4]={0x0C,0x06,0x03,0x09}; //反转表格

（3）8拍控制方式

//正转的步进次序如下：AB组 → BC组 → CD组 → DA组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
//反转的步进次序如下：AB组 → AD组 → CD组 → CB组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
unsigned char code F_Rotation[4]={0x03,0x06,0x0c, 0x09}; //正转表格
unsigned char code B_Rotation[4]={0x03,0x09,0x0c,0x06};//反转表格

P1端口变化请参考下表：
正转表：

反转表：

3 电路及软件代码实现

将P1端口跳线接到左边位置处，ABCD对应位置，将步进电机的排母接到右边位置，红色引线为VCC。

软件代码如下：

（1）单四拍代码

//main.c文件#include "includes.h"/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数  //10us                         */
/******************************************************************/
void delay_us(unsigned int us)//delay us
{while(us--){}
}/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数                                */
/******************************************************************/
void delay_ms(unsigned int Ms)//delay us
{while(Ms--){delay_us(100);}
}/*------------------------------------------------延时子程序
------------------------------------------------*/
void delay(unsigned int cnt) 
{while(--cnt);
}//（1）单4拍控制方式
//脉冲电平循环发送的方式控制：
unsigned char code F_Rotation[4]={0x02,0x04,0x08,0x10}; //正转表格，换算成二进制 0000 0010，0000 0100，0000 1000，0001 0000
unsigned char code B_Rotation[4]={0x10,0x08,0x04,0x02}; //反转表格，换算成二进制 0001 0000，0000 1000，0000 0100，0000 0010（2）双4拍控制方式
AC互补，BD互补的方式进行控制：
脉冲电平循环发送的方式控制：
//unsigned char code F_Rotation[4]={0x09,0x03,0x06,0x0C}; //正转表格
//unsigned char code B_Rotation[4]={0x0C,0x06,0x03,0x09}; //反转表格（3）8拍控制方式
正转的步进次序如下：AB组 → BC组 → CD组 → DA组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
反转的步进次序如下：AB组 → AD组 → CD组 → CB组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
//unsigned char code F_Rotation[4]={0x03,0x06,0x0c, 0x09}; //正转表格
//unsigned char code B_Rotation[4]={0x03,0x09,0x0c,0x06};//反转表格/******************************************************************/
/*                   主函数                                       */
/******************************************************************/
void main(void)
{unsigned char i;while(1){for(i=0;i<4;i++)      //4相{P1=F_Rotation[i];  //输出对应的相 可以自行换成反转表格delay(500);        //改变这个参数可以调整电机转速 ,数字越小，转速越大}}
}

（2）双四拍代码

//main.c文件#include "includes.h"/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数  //10us                         */
/******************************************************************/
void delay_us(unsigned int us)//delay us
{while(us--){}
}/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数                                */
/******************************************************************/
void delay_ms(unsigned int Ms)//delay us
{while(Ms--){delay_us(100);}
}/*------------------------------------------------延时子程序
------------------------------------------------*/
void delay(unsigned int cnt) 
{while(--cnt);
}（1）单4拍控制方式
脉冲电平循环发送的方式控制：
//unsigned char code F_Rotation[4]={0x02,0x04,0x08,0x10}; //正转表格，换算成二进制 0000 0010，0000 0100，0000 1000，0001 0000
//unsigned char code B_Rotation[4]={0x10,0x08,0x04,0x02}; //反转表格，换算成二进制 0001 0000，0000 1000，0000 0100，0000 0010//（2）双4拍控制方式
//AC互补，BD互补的方式进行控制：
//脉冲电平循环发送的方式控制：
unsigned char code F_Rotation[4]={0x09,0x03,0x06,0x0C}; //正转表格
unsigned char code B_Rotation[4]={0x0C,0x06,0x03,0x09}; //反转表格（3）8拍控制方式
正转的步进次序如下：AB组 → BC组 → CD组 → DA组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
反转的步进次序如下：AB组 → AD组 → CD组 → CB组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
//unsigned char code F_Rotation[4]={0x03,0x06,0x0c, 0x09}; //正转表格
//unsigned char code B_Rotation[4]={0x03,0x09,0x0c,0x06};//反转表格/******************************************************************/
/*                   主函数                                       */
/******************************************************************/
void main(void)
{unsigned char i;while(1){for(i=0;i<4;i++)      //4相{P1=F_Rotation[i];  //输出对应的相 可以自行换成反转表格delay(500);        //改变这个参数可以调整电机转速 ,数字越小，转速越大}}
}

（3）八拍代码

//main.c文件#include "includes.h"/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数  //10us                         */
/******************************************************************/
void delay_us(unsigned int us)//delay us
{while(us--){}
}/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数                                */
/******************************************************************/
void delay_ms(unsigned int Ms)//delay us
{while(Ms--){delay_us(100);}
}/*------------------------------------------------延时子程序
------------------------------------------------*/
void delay(unsigned int cnt) 
{while(--cnt);
}（1）单4拍控制方式
脉冲电平循环发送的方式控制：
//unsigned char code F_Rotation[4]={0x02,0x04,0x08,0x10}; //正转表格，换算成二进制 0000 0010，0000 0100，0000 1000，0001 0000
//unsigned char code B_Rotation[4]={0x10,0x08,0x04,0x02}; //反转表格，换算成二进制 0001 0000，0000 1000，0000 0100，0000 0010（2）双4拍控制方式
AC互补，BD互补的方式进行控制：
脉冲电平循环发送的方式控制：
//unsigned char code F_Rotation[4]={0x09,0x03,0x06,0x0C}; //正转表格
//unsigned char code B_Rotation[4]={0x0C,0x06,0x03,0x09}; //反转表格//（3）8拍控制方式
//正转的步进次序如下：AB组 → BC组 → CD组 → DA组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
//反转的步进次序如下：AB组 → AD组 → CD组 → CB组（每个脉冲使电机正转5.625/64度）。
unsigned char code F_Rotation[4]={0x03,0x06,0x0c, 0x09}; //正转表格
unsigned char code B_Rotation[4]={0x03,0x09,0x0c,0x06};//反转表格/******************************************************************/
/*                   主函数                                       */
/******************************************************************/
void main(void)
{unsigned char i;while(1){for(i=0;i<4;i++)      //4相{P1=F_Rotation[i];  //输出对应的相 可以自行换成反转表格delay(500);        //改变这个参数可以调整电机转速 ,数字越小，转速越大}}
}

4 步进电机市场价值

步进电机在市场上具有广泛的应用和价值。以下是步进电机在市场上的一些主要价值：

1. 精准定位和控制：步进电机能够以精确的步距角度旋转，使其在许多应用中成为精确定位和控制的理想选择。例如，打印机、CNC机床、精密仪器等领域需要精准位置控制的设备都广泛采用步进电机。
2. 高可靠性和低噪音：步进电机由于其简单的结构和无刷设计，具有较高的可靠性和寿命。此外，步进电机的运行通常非常平稳，产生的噪音较低，使其在要求低噪音操作的应用中得到广泛应用，如医疗设备、摄影器材等。
3. 高扭矩和低速控制：步进电机通常具有较高的静态和动态扭矩输出能力，使其适用于需要较大输出力矩和低速控制的应用，例如自动门、机器人关节等。
4. 成本效益：步进电机相对于其他类型的电机来说，通常具有较低的成本。这使得步进电机成为许多消费电子产品、家用电器和工业自动化设备中的经济选择。
5. 可编程性和灵活性：步进电机可以通过调整驱动信号的频率和顺序来实现不同的运动模式和速度控制。这种可编程性和灵活性使得步进电机适用于各种应用，从简单的开关控制到复杂的运动序列控制。
   综上所述，步进电机在市场上具有重要的价值，其广泛应用于许多领域，包括工业自动化、电子设备、医疗器械、汽车、航空航天等，推动了步进电机市场的增长和发展。