第4章步进电机驱动

第1章：两相四线步进电机原理

大家好，我是你们的讲师。今天咱们来聊聊步进电机最基础的东西——两相四线步进电机。

说实话，我刚入行那会儿，觉得步进电机挺神秘的。后来拆了几个，画了画线圈，才明白它其实没那么复杂。说白了，它就是靠电磁铁吸来吸去，让转子转起来。

先看名字。「两相」指的是电机内部有两组独立的线圈，我们叫它A相和B相。「四线」就是从电机引出来的四根线，分别对应这两组线圈的两端。

我习惯把A相的两根线叫做A+和A-，B相的两根线叫做B+和B-。这样接线的时候不容易搞混。

你想想看，如果只有一组线圈，转子最多只能转到一个固定的位置，没法连续转动。有了两组线圈，我们就能通过交替通电，让转子一步一步地走起来。

核心要点：两相四线步进电机，就是两组线圈、四根引出线。这是市面上最常见的步进电机类型，售货机里用的基本都是这种。

步进电机的转子通常是永磁体，上面有很多小磁极。定子上绕了线圈。我给A相通电，定子产生磁场，转子就会转过来对齐。

然后我关掉A相，给B相通电。转子又会转过去对齐B相的磁场。就这样，A相、B相、A相反向、B相反向……循环下去，转子就一步一步地转动了。

每一步转过的角度，叫做「步距角」。常见的步进电机步距角是1.8°，也就是说转一圈需要200步。

我在项目中遇到过一个问题：电机转起来抖得厉害。后来发现是电流没设置好，力矩不够，转子在中间晃悠。嗯，这里要注意，电流太小了电机容易丢步。

四根线，两两一组。怎么判断哪两根是一组？用万用表量一下电阻就行。同一组线圈的两根线之间，电阻很小，通常只有几欧姆。不同组的线圈之间，电阻是无穷大。

我个人的习惯是：

注意，A+和A-是可以互换的，只是换一下电机的转动方向。B相也一样。

小技巧：如果你不确定哪根是A+，可以先随便接上，让电机转一下。如果方向反了，把A相的两根线对调一下就行。不用重新焊线，省事。

驱动步进电机，其实就是控制两组线圈的通电顺序。最基本的驱动方式有几种：

我最早做售货机项目时，用的是双相励磁。为什么？因为售货机出货的时候，需要比较大的力矩来推开挡板。单相励磁力矩不够，容易卡住。

后来客户说噪音太大，我又改成了半步驱动。步距角从1.8°变成了0.9°，运行起来确实安静了不少。但代价是控制频率要翻倍，对MCU的算力要求更高了。

假设我们用双相励磁，让电机正转。时序是这样的：

// 双相励磁正转时序
// A+  A-  B+  B-
// 1: 1   0   1   0
// 2: 0   1   1   0
// 3: 0   1   0   1
// 4: 1   0   0   1

你看，每次切换，只有一相的状态发生变化。这样电机运行起来比较平滑。如果想让电机反转，把顺序倒过来就行。

我曾经犯过一个低级错误：把时序写反了，电机死活不转。查了半天，发现是A相和B相的引脚定义搞混了。从那以后，我每次画原理图都会在A+、A-、B+、B-旁边标注清楚，再也不靠颜色猜了。

注意：步进电机不能直接接电源！必须通过驱动芯片来控制电流。直接接220V或者12V，线圈瞬间就烧了。我曾经见过一个新手，把步进电机直接插到开发板的5V上，结果……嗯，冒烟了。

另外，步进电机在低速运行时，会有明显的振动和噪音。这是它的固有特性，没办法完全消除。但我们可以通过细分驱动技术来改善，这个后面会详细讲。

好了，两相四线步进电机的基本原理就这些。下一章我们聊聊A4988和DRV8825这两个驱动芯片，看看它们是怎么帮我们省事的。