步進電機是一種將脈沖信號轉化為角位移的執行器件。我們以兩相式混合步進電機為例加以說明。

步進電機

一、運行原理及內部結構

大家都知道磁極之間同性相斥，異性相吸，而步進電機就是利用了這一特性。

步進電機內部的磁體分為定子和轉子，轉子的極性不發生改變，但定子的極性會根據輸入的電流發生變化，

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。

當通電方向順序按照AA’——BB’——AA’——BB’四個狀態周而復始進行變化，電機可順時針轉動；

當通電時序為AA’——B’B——A’A——BB’時，電機就逆時針轉動。而且輸入的電脈沖頻率越高，電動機轉動就越快。

二、驅動電流的產生

現在我們已經知道了步進電機是依靠電流產生的極性工作，那么這樣的電流要怎樣輸入呢？最開始人們是根據使用需求，設計一種專門的硬件電路來控制電機的轉動。

但這樣做的問題是：當需求發生變化時，就要重新設計電路。這無疑會增加步進電機的使用成本和難度，于是一種專門的驅動器便產生了，也就是我們在實驗中使用的步進電機驅動器。

驅動器的作用是對控制脈沖進行環形分配、功率放大，使步進電機繞組（定子）按一定順序通電，控制電機轉動。為了方便控制驅動器產生的電脈沖，人們又引入了控制器。它會發出脈沖信號和方向信號到步進電機驅動器中，進而達到控制步進電機的目的。這樣，我們就構建出一個步進電機控制系統了。

三、使用采集卡控制步進電機轉動

在本次實驗中，USB-3123數據采集卡充當控制器的角色。驅動器的型號是TB6600兩相步進電機驅動器，它可以實現電機正反轉控制，旋轉角度控制等功能，還可以進行細分數及電流大小設定。我們來具體介紹一下：

PUL端是步進控制，當它接收到一個脈沖信號，就控制電機旋轉一下；DIR端可以控制電機的正反轉，高電平正轉，低電平反轉；EN端是使能端，輸入高電平時，電機進入脫機狀態，電機不響應脈沖信號，輸入低電平時，電機接受脈沖信號開始正常運轉。在實驗中使用共陰極接法連接采集卡與步進電機驅動器。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。

驅動器的A、B端口與電機的A、B相連接，至于如何判斷電機的四根接線是否為同一組，我們可以直接查閱產品手冊或者將任意兩根線短接，然后轉動電機的軸，如果轉動時感到有明顯的阻力，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連接電源負極。要注意的是驅動器工作在直流電壓9-42V之間。實驗輸入的是12V的直流電壓。

然后調節撥碼開關的狀態，將1、2、3端口分別調節成ON、ON及OFF狀態，也就是一倍細分；因為電源開關的額定電流是1.2A，所以將4、5、6撥碼開關調節成ON、OFF、ON狀態。

關于驅動器的其它內容，大家可以參考其使用手冊，這里就不詳細說明了。最后將采集卡與電腦連接，這樣就完成了接線。

打開Smacq提供的do_waveform_full.vi范例，控制采集卡的DO端口輸出數字波形。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；Value數組是控制采集卡產生的波形。

在數字波形圖中可以顯示每個端口的輸出波形，行0表示Do 0端口、行1表示Do 1端口……數字波形圖中的每一排表示一個Value的輸入數據，保留數組中的兩個元素并將其它數據刪除，這樣每個通道輸出的脈沖就很清晰了。現在驅動器的細分數是1，也就是當它接收到200個脈沖時電機的軸就會走一圈，而且PUL端口是與采集卡的Do 2連接的，所以我們調整輸入波形為0000，0100，DoCycle為200，周期為3000000（頻率是333.3Hz），點擊運行，能看到步進電機的軸轉了一圈。

減小周期為1000000ns，可以看到電機的轉速有明顯的提高，當然如果周期太小（1000），就會超過電機的響應頻率了。

然后，改變撥碼1、2、3的狀態為ON、OFF、OFF。這是控制電機為四倍細分，接收到800個脈沖時電機才會旋轉一周。所以按照我們剛才的設置，點擊運行后，電機會轉動四分之一圈。

將撥碼調整為原來的狀態（ON、ON、OFF）。根據上文介紹，想要使電機反轉，就要給DIR端一個高電平，所以輸入數據0000，0110。點擊運行，可以看到它反方向轉動了一圈。

最后驗證電機的使能端口，讓Do 0輸出高電平，即在數組中輸入0001、0111，點擊運行后看到，電機并不發生旋轉。當在數組中輸入0000、0110，點擊運行，步進電機會轉動一周。

以上就是使用Smacq數據采集卡控制步進電機的全部內容。大家有任何問題都可以在評論區提出或私信我們。當然也歡迎搜索我們的微信公眾號：Smacq思邁科華，直接聯系我們。有關實驗中所用的采集設備可以訪問我們的官網：smacq.cn得到。

感謝大街的觀看。

審核編輯 黃宇