來源：芯片之家

歡迎來到芯片之家的步進電機科普系列!在這個系列中，我們將深入探討步進電機的基本原理、硬件設計、軟件控制，并最終通過一個實際的PD(Power Delivery)步進電機控制方案來展示其應用。我們還將開源所有相關的資料，包括電路圖、PCB設計、軟件代碼等，讓大家可以動手實踐，真正掌握步進電機的精髓。

步進電機因其精準的位置控制和易于驅動的特性，廣泛應用于打印機、CNC機床、機器人等領域。無論您是初學者還是有一定經驗的工程師，這個系列都將為您提供有價值的知識和實踐指導。

什么是步進電機?

步進電機是一種將電脈沖信號轉化為角位移或線位移的開環控制電機。通過控制脈沖的數量和頻率，可以精確地控制電機的轉動角度和速度。步進電機的轉動是“步進式”的，即每接收一個脈沖，電機轉子就轉動一個固定的角度，這個角度稱為“步進角”。

關于原理，老宇哥看了一圈后，網絡上有個非常棒的視頻，詳細介紹了步進電機的驅動原理，動畫都做的非常不錯，咱沒必要重復造輪子，看一次夠，每看一遍后，都會有一些新的理解。

看完這個視頻，我相信對步進電機的原理都比較了解了。

就像方貓大佬說的，我們常用的步進電機有42步進電機和28BYJ步進電機兩種，其它都大同小異，本項目我們使用42步進電機，28BYJ步進電機的驅動我們后面單獨介紹驅動案例。

42步進電機就是4線接口，A+，A-，B+，B-，一共4根線，一般在使用的時候，會配一個專用的步進電機驅動器，然后再通過主控去控制，大概就是這樣子：

這種驅動盒子比較大，也比較工業風，能不能設計一種小小的，不占地方的驅動呢，最好能固定到電機上，跟電機長寬一樣，最好也能集成MCU等等。

還真有一個這樣的項目，此項目將驅動設計的跟步進電機一樣大小，板載ESP32-S3 WiFi模塊，步進電機專用驅動芯片，還用了USB PD，這樣留一個TYPE- C口就可以獲得50W的功率。

步進電機很多時候都是開環控制，這次還加上了磁旋轉編碼器，可以做閉環控制。

成品就是這樣：我們大概看一下原理圖，

1、主控用ESP32-S3，提供充足的處理能力、內置 Wi-Fi 和藍牙連接，以及豐富的開發工具和庫生態系統，可輕松定制和擴展，例如ESPHome和ESPNow，外圍加了一個NTC做AD采集做過溫保護。

2、步進電機驅動器用TMC2209，該驅動器以其靜音運行、高精度以及 stealthChop、spreadCycle 和無傳感器歸位等先進功能而聞名，確保平穩、安靜和高效的電機控制。

3、磁旋轉位置傳感器用AS5600，實現精確可靠的絕對角度測量，實現步進電機的精確定位和閉環控制。

4、USB PD用CH224K進行誘騙，可以用USB接口提供高功率的供電，不用那些常規的笨重電源適配器，USB PD 與 TMC2209 一起可以驅動功率高達50W 的步進電機，CH224K我們單獨一節專門介紹。

5、DCDC采用MPS的MPM3612-33，是同步整流降壓開關模式轉換器，內置內部功率mosfet和高輕負載效率，采用 LGA-10(3mm x 3mm x 2mm)封裝，提供非常小的解決方案，能夠輸出 1A 的持續電流，同時在寬輸入電壓范圍內保持出色的負載和線路調節，主要還是是板子空間實在太小了，外圍少量電容電阻就可以了。

6、周邊有3個按鍵，標準 Qwiic / Stemma QT I2C 連接器(4 針 JST SH)意味著可以連接可用于控制的各種傳感器。

PCB采用4層板，設計的非常非常緊湊，封裝都是用的最小的，WiFi模塊都是貼片腳不外漏的封裝，這么小的空間，用常規PCB工藝，板子從布局到Layout都要花費不少時間，后續如果還想在板子上增加一些芯片實現一些功能，那肯定是沒空間了。

因為現在用的都是普通過孔，走線轉到其它層的時候得從焊盤拉出來再打過孔，確實需要額外占用挺多空間，其實可以直接在焊盤上打過孔，直接把線轉到其它層，這不是爽歪歪嘛，特別是轉到GND層或者VCC層的時候，能節省太多空間。

以前老師教我們不要在焊盤上打過孔，這都是過去式了，我們經常打板的嘉立創，4層板單獨做盤中孔是要收費的，但6層板可以免費做盤中孔和升級2u"沉金工藝，而且，在初期項目驗證的時候，6層板比4層板可以更快速的畫完，再加上他們有6層板免費打樣，特別適合做項目初期的原型功能驗證，沒試過的小伙伴可以打板試一下。

硬件篇大概就介紹到這里，后面我們會針對某些元器件做深入分析以及軟件驅動部分，請大家持續關注。

原項目地址：https://github.com/joshr120/PD-Stepper