該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。圖1是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。

圖(tu)1 四相步進電機(ji)步進示意圖(tu)

開始時(shi)，開關SB接通電源(yuan)，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子(zi)0、3號齒(chi)對齊，同時(shi)，轉子(zi)的(de)1、4號齒(chi)就(jiu)和C、D相繞組(zu)磁極產生錯齒(chi)，2、5號齒(chi)就(jiu)和D、A相繞組(zu)磁極產生錯齒(chi)。

當開關SC接通(tong)電源，SB、SA、SD斷開時(shi)，由于C相繞組的磁(ci)力線和1、4號齒(chi)(chi)之間磁(ci)力線的作用(yong)，使轉(zhuan)子轉(zhuan)動，1、4號齒(chi)(chi)和C相繞組的磁(ci)極對齊。而0、3號齒(chi)(chi)和A、B相繞組產生錯齒(chi)(chi)，2、5號齒(chi)(chi)就和A、D相繞組磁(ci)極產生(sheng)錯(cuo)齒。

依次(ci)類推，A、B、C、D四相(xiang)繞組輪流供電，則轉子(zi)會(hui)沿著A、B、C、D方向轉動。

四(si)(si)相步進電機按(an)照通電順(shun)序的(de)(de)(de)(de)不同，可分為單四(si)(si)拍(pai)、雙(shuang)四(si)(si)拍(pai)、八拍(pai)三(san)種工(gong)作(zuo)方(fang)(fang)式。單四(si)(si)拍(pai)與雙(shuang)四(si)(si)拍(pai)的(de)(de)(de)(de)步距角相等，但單四(si)(si)拍(pai)的(de)(de)(de)(de)轉動力(li)矩(ju)小。八拍(pai)工(gong)作(zuo)方(fang)(fang)式的(de)(de)(de)(de)步距角是單四(si)(si)拍(pai)與雙(shuang)四(si)(si)拍(pai)的(de)(de)(de)(de)一半，因(yin)此，八拍(pai)工(gong)作(zuo)方(fang)(fang)式既可以保(bao)持較高(gao)的(de)(de)(de)(de)轉動力(li)矩(ju)又(you)可以提高(gao)控(kong)制精度(du)。

單四拍、雙四拍與八拍工作方式的(de)電源通電時序與波形.

分別如圖2.a、b、c所示：

圖2.步進電(dian)機工作時序波形圖

圖(tu)3 步進(jin)電機驅動器系統電路(lu)原理圖(tu)

AT89C2051將(jiang)控制脈(mo)沖(chong)從P1口的(de)P1.4～P1.7輸出(chu)，經74LS14反(fan)相后(hou)(hou)進入9014，經9014放(fang)大后(hou)(hou)控制光電(dian)開關，光電(dian)隔離后(hou)(hou)，由功率(lv)管(guan)TIP122將(jiang)脈(mo)沖(chong)信(xin)號進行電(dian)壓和(he)電(dian)流放(fang)大，驅(qu)動(dong)步(bu)進電(dian)機的(de)各相繞組。使步(bu)進電(dian)機隨著不同(tong)的(de)脈(mo)沖(chong)信(xin)號分別作正(zheng)轉(zhuan)(zhuan)、反(fan)轉(zhuan)(zhuan)、加速、減速和(he)停止(zhi)等動(dong)作。圖中L1為步(bu)進電(dian)機的(de)一(yi)相繞組。AT89C2051選(xuan)用頻率(lv)22MHz的(de)晶(jing)振，選(xuan)用較高晶(jing)振的(de)目的(de)是為了在方式2下盡(jin)量(liang)減小AT89C2051對上位機脈(mo)沖(chong)信(xin)號周期的(de)影(ying)響。

圖3中的(de)RL1～RL4為繞組(zu)內阻，50Ω電阻是(shi)一外(wai)接電阻，起限流(liu)(liu)作用，也(ye)是(shi)一個改善回路時間常數的(de)元件。D1～D4為續流(liu)(liu)二極管(guan)，使電機繞組(zu)產生的(de)反電動勢通過續流(liu)(liu)二極管(guan)（D1～D4）而(er)衰減(jian)掉，從而(er)保護了功(gong)率管(guan)TIP122不受損壞。

在50Ω外接電(dian)(dian)(dian)阻上并聯(lian)(lian)一個200μF電(dian)(dian)(dian)容(rong)，可以(yi)改善注(zhu)入步進電(dian)(dian)(dian)機(ji)繞組(zu)的(de)電(dian)(dian)(dian)流脈沖前沿，提(ti)高了步進電(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)高頻(pin)性能。與續流二(er)極管(guan)串聯(lian)(lian)的(de)200Ω電(dian)(dian)(dian)阻可減小回(hui)路的(de)放電(dian)(dian)(dian)時(shi)間常數，使繞組(zu)中電(dian)(dian)(dian)流脈沖的(de)后沿變陡，電(dian)(dian)(dian)流下降時(shi)間變小，也(ye)起到提(ti)高高頻(pin)工作性能的(de)作用。

為(wei)了(le)對(dui)步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)相(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)進(jin)(jin)行控(kong)制(zhi)，從而達到(dao)細分(fen)(fen)步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)步(bu)(bu)(bu)距角的(de)(de)目的(de)(de)，人們曾設計(ji)(ji)了(le)很多種步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)細分(fen)(fen)驅(qu)動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路。隨(sui)著微型(xing)(xing)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)發展，特別(bie)是單(dan)片(pian)(pian)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)出(chu)現(xian)，為(wei)步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)細分(fen)(fen)驅(qu)動(dong)帶來了(le)便利。目前(qian)，步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)細分(fen)(fen)驅(qu)動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路大(da)多數(shu)(shu)都采用單(dan)片(pian)(pian)微機(ji)(ji)(ji)(ji)控(kong)制(zhi)。單(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)(ji)根據(ju)要求的(de)(de)步(bu)(bu)(bu)距角計(ji)(ji)算(suan)出(chu)各相(xiang)繞(rao)組(zu)中(zhong)通過的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)值，并輸(shu)出(chu)到(dao)數(shu)(shu)模轉換(huan)器(qi)（DPA） 中(zhong)，由DPA 把(ba)數(shu)(shu)字量轉換(huan)為(wei)相(xiang)應的(de)(de)模擬電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓，經過環(huan)形分(fen)(fen)配器(qi)加(jia)到(dao)各相(xiang)的(de)(de)功放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路上，控(kong)制(zhi)功放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路給各相(xiang)繞(rao)組(zu)通以相(xiang)應的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)，來實(shi)現(xian)步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)細分(fen)(fen)。單(dan)片(pian)(pian)機(ji)(ji)(ji)(ji)控(kong)制(zhi)的(de)(de)步(bu)(bu)(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)細分(fen)(fen)驅(qu)動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路根據(ju)末級(ji)功放(fang)管(guan)的(de)(de)工作狀(zhuang)態(tai)可分(fen)(fen)為(wei)放(fang)大(da)型(xing)(xing)和(he)開關型(xing)(xing)兩種（見下圖(tu)5）。

圖5 　步進電機細分驅(qu)動電路(lu)

該(gai)驅動器根據撥碼開(kai)關(guan)KX、KY的不同組合(he)有三種工作方式(shi)供選擇：

方式1為串行通訊方式：上位機（PC機或單片機）將控制命令發送給步進電機驅動器，驅動器根據控制命令自行完成有關控制過程。

方式2為撥碼開關控制方式：通(tong)過K1～K5的不同(tong)組合，直接(jie)控制步進電機。

方式3為中斷方式：P3.5（INT1）為步進脈(mo)沖輸入端(duan)，P3.7為正反轉脈(mo)沖輸入端(duan)。上(shang)位機(ji)（PC機(ji)或單片機(ji)）與驅動(dong)器僅以2條線相連(lian)。

當上(shang)電或按下復位鍵KR后，AT89C2051先檢測撥碼開關KX、KY的狀態，根據KX、KY 的不同(tong)組合，進入不同(tong)的工作方式(shi)。以下給(gei)出方式(shi)1的程序流程框圖與源程序。

在(zai)(zai)程序的編制中，要特別注意步(bu)進(jin)電(dian)機在(zai)(zai)換(huan)向時(shi)(shi)的處理。為(wei)使步(bu)進(jin)電(dian)機在(zai)(zai)換(huan)向時(shi)(shi)能平滑過渡，不(bu)至于產生(sheng)錯(cuo)步(bu)，應在(zai)(zai)每一(yi)步(bu)中設置標志(zhi)(zhi)位(wei)。其中20H單元的各(ge)位(wei)為(wei)步(bu)進(jin)電(dian)機正(zheng)轉(zhuan)標志(zhi)(zhi)位(wei);21H單元各(ge)位(wei)為(wei)反(fan)轉(zhuan)標志(zhi)(zhi)位(wei)。在(zai)(zai)正(zheng)轉(zhuan)時(shi)(shi)，不(bu)僅給正(zheng)轉(zhuan)標志(zhi)(zhi)位(wei)賦值，也同時(shi)(shi)給反(fan)轉(zhuan)標志(zhi)(zhi)位(wei)賦值;在(zai)(zai)反(fan)轉(zhuan)時(shi)(shi)也如此。這樣(yang)，當步(bu)進(jin)電(dian)機換(huan)向時(shi)(shi)，就(jiu)可(ke)以上一(yi)次的位(wei)置作為(wei)起點反(fan)向運動，避免了電(dian)機換(huan)向時(shi)(shi)產生(sheng)錯(cuo)步(bu)。

圖(tu)4 方(fang)式1程序(xu)框圖(tu)

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