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实验一 步进电机基本原理实验

一、实验目的

1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。

二、实验原理

步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。

当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。

四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如表1，表2和表3

表1 四相单四拍脉冲分配表 表2 四相双四拍脉冲分配表 N N+1 N+2 N+3 A 1 0 0 0 B 0 1 0 0 C 0 0 1 0 A 1 1 0 0 0 0 0 0 1 D 0 0 0 1 N N+1 N+2 N+3 B 0 1 1 1 1 0 0 0 0 A 1 0 0 1 B 1 1 0 0 C 0 0 0 1 1 1 1 0 0 C 0 1 1 0 D 0 0 0 0 0 0 1 1 1 D 0 0 1 1 表3 四相八拍脉冲分配表 N N+1 N+2 N+3 N+3 N+4 N+5 N+6 N+7 如步进电动机每一相均停止通电，则电机处于自由状态；若某一相一直通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉 冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电动机可以实现停车时转子定位。这就是步进电动机的自锁功能。当步进电机处于自锁时，若用手旋转它，感觉很难转动。

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三、实验步骤：

1. 将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。

2. 打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。

启动硬件设备。

3. 打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷

工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。

4. 点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验

目录中选择“步进电机基本原理”实验，并启动该实验。 5. 点击该实验脚本中的“开关”按钮，向运动控制卡下载实验程序。 6. 本实验中先做步进电机的驱动实验：选择运行方式为“连续驱动”，依次选

择步进电机的工作方式为：四相单四拍、四相双四拍、四相八拍；方向可以是任意的；脉冲间隔参数可用5～10ms。点“电机驱动”按钮，驱动电机工作。观察电机的工作情况。（对于四相八拍的工作方式，脉冲间隔最小可以到2ms）终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7. 步进电机的自锁实验：运行方式选择“停止保持”，其它参数不变，点“电

机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电，处于“自锁”状态。此时，用手转动电机的皮带轮，可以感到转动比较困难。

8. 步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱动”，点“电机驱动”按钮。每点击一次“电机驱动”按钮，步进电机旋转一个角度，这个角度就是步距

角。对于本实验台步距角为1.8o。

? 除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外，还可以使用C-51的

C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡，其CPU是ADUC842，关于ADUC842的硬件的详细信息，请参考我们提供的pdf文档。在DRMC-A型运动控制台，步进电机的端口地址：0x8000，用低4位表示电机的4相，1表示发送脉冲，0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表（表1～3），逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c～StepMotor5.c。在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用Windows Serial Downloader将执行程

序下载到单片机内。

四、实验报告要求

1. 简述步进电机的工作原理。

2. 简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。

五、思考题

根据四相双四拍脉冲分配表（表2），参考StepMotor1.c，设计四相双四拍工作

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方式的C语言实验程序。

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