步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器件。我們以?xún)上嗍交旌喜竭M(jìn)電機(jī)為例加以說(shuō)明。

步進(jìn)電機(jī)

一、運(yùn)行原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

大家都知道磁極之間同性相斥，異性相吸，而步進(jìn)電機(jī)就是利用了這一特性。

步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的磁體分為定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的極性不發(fā)生改變，但定子的極性會(huì)根據(jù)輸入的電流發(fā)生變化，

判斷極性的方法是安培右手定則（之一）：右手握住通電螺線管，使四指指向電流方向，則大拇指所指方向就是N極。

當(dāng)通電方向順序按照AA’——BB’——AA’——BB’四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；

當(dāng)通電時(shí)序?yàn)锳A’——B’B——A’A——BB’時(shí)，電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。而且輸入的電脈沖頻率越高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)就越快。

二、驅(qū)動(dòng)電流的產(chǎn)生

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了步進(jìn)電機(jī)是依靠電流產(chǎn)生的極性工作，那么這樣的電流要怎樣輸入呢？最開(kāi)始人們是根據(jù)使用需求，設(shè)計(jì)一種專(zhuān)門(mén)的硬件電路來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

但這樣做的問(wèn)題是：當(dāng)需求發(fā)生變化時(shí)，就要重新設(shè)計(jì)電路。這無(wú)疑會(huì)增加步進(jìn)電機(jī)的使用成本和難度，于是一種專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)器便產(chǎn)生了，也就是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組（定子）按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了方便控制驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電脈沖，人們又引入了控制器。它會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)和方向信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目的。這樣，我們就構(gòu)建出一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)了。

三、使用采集卡控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

在本次實(shí)驗(yàn)中，USB-3123數(shù)據(jù)采集卡充當(dāng)控制器的角色。驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)是TB6600兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，旋轉(zhuǎn)角度控制等功能，還可以進(jìn)行細(xì)分?jǐn)?shù)及電流大小設(shè)定。我們來(lái)具體介紹一下：

PUL端是步進(jìn)控制，當(dāng)它接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，就控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)一下；DIR端可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，高電平正轉(zhuǎn)，低電平反轉(zhuǎn)；EN端是使能端，輸入高電平時(shí)，電機(jī)進(jìn)入脫機(jī)狀態(tài)，電機(jī)不響應(yīng)脈沖信號(hào)，輸入低電平時(shí)，電機(jī)接受脈沖信號(hào)開(kāi)始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)驗(yàn)中使用共陰極接法連接采集卡與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。將EN-、DIR-、PUL-接入采集卡的DGND端，將EN+與DO 0端口連接，DIR+連接到DO 1端口，PUL+連接到DO 2端口。

驅(qū)動(dòng)器的A、B端口與電機(jī)的A、B相連接，至于如何判斷電機(jī)的四根接線是否為同一組，我們可以直接查閱產(chǎn)品手冊(cè)或者將任意兩根線短接，然后轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的軸，如果轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感到有明顯的阻力，那么這兩根線為同一組。判斷完成后，將它們連接就可以了。

在電源接口中，VCC連接電源正極，GND連接電源負(fù)極。要注意的是驅(qū)動(dòng)器工作在直流電壓9-42V之間。實(shí)驗(yàn)輸入的是12V的直流電壓。

然后調(diào)節(jié)撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，將1、2、3端口分別調(diào)節(jié)成ON、ON及OFF狀態(tài)，也就是一倍細(xì)分；因?yàn)?a target="_blank">電源開(kāi)關(guān)的額定電流是1.2A，所以將4、5、6撥碼開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)成ON、OFF、ON狀態(tài)。

關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的其它內(nèi)容，大家可以參考其使用手冊(cè)，這里就不詳細(xì)說(shuō)明了。最后將采集卡與電腦連接，這樣就完成了接線。

打開(kāi)Smacq提供的do_waveform_full.vi范例，控制采集卡的DO端口輸出數(shù)字波形。在范例前面板上，SamplePeriod(ns)控件是控制采集卡的輸出周期；DoCycle控件可以控制輸出次數(shù)；Value數(shù)組是控制采集卡產(chǎn)生的波形。

在數(shù)字波形圖中可以顯示每個(gè)端口的輸出波形，行0表示Do 0端口、行1表示Do 1端口……數(shù)字波形圖中的每一排表示一個(gè)Value的輸入數(shù)據(jù)，保留數(shù)組中的兩個(gè)元素并將其它數(shù)據(jù)刪除，這樣每個(gè)通道輸出的脈沖就很清晰了?，F(xiàn)在驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)是1，也就是當(dāng)它接收到200個(gè)脈沖時(shí)電機(jī)的軸就會(huì)走一圈，而且PUL端口是與采集卡的Do 2連接的，所以我們調(diào)整輸入波形為0000，0100，DoCycle為200，周期為3000000（頻率是333.3Hz），點(diǎn)擊運(yùn)行，能看到步進(jìn)電機(jī)的軸轉(zhuǎn)了一圈。

減小周期為1000000ns，可以看到電機(jī)的轉(zhuǎn)速有明顯的提高，當(dāng)然如果周期太?。?000），就會(huì)超過(guò)電機(jī)的響應(yīng)頻率了。

然后，改變撥碼1、2、3的狀態(tài)為ON、OFF、OFF。這是控制電機(jī)為四倍細(xì)分，接收到800個(gè)脈沖時(shí)電機(jī)才會(huì)旋轉(zhuǎn)一周。所以按照我們剛才的設(shè)置，點(diǎn)擊運(yùn)行后，電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)四分之一圈。

將撥碼調(diào)整為原來(lái)的狀態(tài)（ON、ON、OFF）。根據(jù)上文介紹，想要使電機(jī)反轉(zhuǎn)，就要給DIR端一個(gè)高電平，所以輸入數(shù)據(jù)0000，0110。點(diǎn)擊運(yùn)行，可以看到它反方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一圈。

最后驗(yàn)證電機(jī)的使能端口，讓Do 0輸出高電平，即在數(shù)組中輸入0001、0111，點(diǎn)擊運(yùn)行后看到，電機(jī)并不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在數(shù)組中輸入0000、0110，點(diǎn)擊運(yùn)行，步進(jìn)電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一周。

以上就是使用Smacq數(shù)據(jù)采集卡控制步進(jìn)電機(jī)的全部?jī)?nèi)容。大家有任何問(wèn)題都可以在評(píng)論區(qū)提出或私信我們。當(dāng)然也歡迎搜索我們的微信公眾號(hào)：Smacq思邁科華，直接聯(lián)系我們。有關(guān)實(shí)驗(yàn)中所用的采集設(shè)備可以訪問(wèn)我們的官網(wǎng)：smacq.cn得到。

感謝大街的觀看。

審核編輯 黃宇