步进电动机及驱动器
1.步进电动机
采用两相永磁感应式步进电动机，步距角为1.8°，工作电流1.5A，电阻1.1Ω，电感2.2MH。
2.步进电动机驱动器
驱动器为SJ-23M2，具有高频斩波、恒流驱动、抗干扰性高、5级步距角细分、输出电流可调的优点。供电电压为24～40V。如图1所示。
驱动器可通过拔码开关来调节细分数和相电流。拔码开关拔向上为0，拔向下为1。拔码开关的1、2、3位用于调节步距角，拔码开关设定的每一个值对应着一个步距角（共有0.9°、0.45°、0.225°、0.1125°、0.0625°五种）。在允许的情况下，应尽量选高的细分数即小的步距角，以获得更精、准的定位。拔码开关的4、5固定为1，6、7、8用于调节驱动电流。做实验时可设为最小的驱动电流（1.7A），因为负载较小。
图1 步进电动机驱动器
步进电动机驱动器的端子说明：
（1）CP：由单片机输出步进脉冲传到CP，用于驱动步进电动机的运行位置和速度。每一个步进脉冲使步进电动机转动一个步距角。该驱动器要求CP脉冲是负脉冲，即低电平有效，脉冲宽度（即低电平的持续时间）不小于5μs。
（2） DIR：方向控制。DIR取高电平或低电平，改变电平就改变了步进电动机的旋转方向。注意：改变DIR电平，需在步进电动机停止后且在两个CP脉冲之间进行。
（3）FREE：脱机电平。若FREE=1或悬空则步进电动机处于锁定或运行状态；若FREE=0，则步进电机处于脱机无力状态（此时用手能够转轴）。
（4）A、ā、B、B为驱动器输出的用于驱动步进电动机运行的电压信号。
步进电动机位移装置与及保护装置
步进电动机位移装置与及保护装置如图2所示。
图2 YL-236单片机实训台步进电动机模块
1.位移机构
步进电动机转轴上设有皮带轮，步进电动机转动时，皮带轮转动，拖动传送带（皮带）运动。有游标固定在传送带上。另设有150mm的标尺，所以电动机运行时，游标会在标尺上移动。通过编程控制步进电动机的运行，可以实现标尺的精确定位，这一特点可以模拟很多动作机构的运行。
2.左右限位、超程保护装置
左右限位、超程保护装置采用了槽式光耦传感器（又称光遮断器），如图3所示）。其工作原理是，当没有物体进入槽内，传感器内的红外发光管发出的红外光没有被挡住，光敏晶体管饱和导通，传感器输出低电平；当有物体进入槽内，传感器内的红外发光管发出的红外光被挡住，光敏晶体管截止，传感器输出高电平。
在位移机构的左限位处设有两个槽式光耦传感器。一个用于通过编程的方式来限位（限制不能再向左移动）；另一个用于超程保护（即限位失败后，可通过硬件来进行保护）。在右限位处也是这样。
图3 槽式光耦传感器
（1）编程限位。在传送带上除固定有游标外，还固定有一个遮光块。从图2可以看出，当游标向左移动时，遮光片在向右运动。当游标运动到标尺0刻度时，遮光块就已接近右限位保护装置（即槽式光耦传感器）了。当遮光片再向右移动进入右限位光耦传感器时，传感器输出高电平。编程时通过检测该电平，终止步进电动机的驱动脉冲，就能使步进电动机停止。左限位的方法也是这样。限位光耦传感器电路如图4所示。
图4 步进电机模块的左、右限位光耦传感器（是一样的）
（2）步进电动机模块的超程保护。如果编程不当导致限位失败后，遮光片会继续沿原来的方向移动，会进用于超程保护光耦传感器，传感器会输出高电平，通过晶体管驱动继电器动作，切断给步进电动机驱动器的+24V供电，从硬件上保证电动机能立即停止，以实现超程保护，原理如图5所示。
图5 超程保护的原理图
3.多圈电位器
步进电动机转动时，会带动多圈电位器也随着转动。当给多圈电位器加上电压时，多圈电位器的输出端会输出变化的电压，该电压与游标移动的距离有近似线性的关系。
步进电机模块游标的归零
1.思路
上电后游标向左运动，遮光片向右运动，当右限位检测到遮挡物时（即RL为高电平时），游标肯定已移动到0刻度的左边了。这时使步进电动机短时停止，再给步进电动机838个脉冲，改变步进电动机的旋转方向，游标向右运动，当步进电动机走完838步时，即可到达0刻度。
注意：步进电动机驱动器采用不同的细分，步距角是不一样的。该示例采用的细分是011，对应的步距角为0.1125°，在此条件下试验，得出当遮光片到达右限位后，游标归0需要的脉冲是838个。不同的设备该值有所差异，可酌情修正。
2.程序代码示例
说明：这种用延时函数产生脉冲的方式，在综合时项目里，步进电机可能干扰其他功能。最好是用定时器来控制脉冲的产生，在下面的任务中就采用定时器来产生脉冲。
步进电动机的定位
1.任务书
利用YL-236实训台的步进电动机模块，实现游标从任意位置归0并在0刻度停5s，再移动到5cm处并停3s，再移动到10cm处。
2.思路
首先要测量不同细分数时游标移动1mm所需的脉冲。其方法如下。
我们可以在没上电时（步进电动机处于脱机状态），手动旋转转轴使游标归0，再编程，随意地给步进电动机加1000个、2000个、5000个或10000个脉冲，观察步进电机会停止的位置（设为X毫米处）。再用X除以加的脉冲的个数，就可得每毫米所需的脉冲个数。经实验得出，当设置驱动器采用最小步距角时每毫米所需的脉冲个数为137～138个。不同的设备有所差异，可自行修正。
3.程序示例
4.总结
驱动步进电动机的关键是掌握归0和精确定位的方法。脉冲的个数须根据示例中的数据结合具体的设备进行修正。
步进电动机可结合按键、显示、直流电机等进行综合应用，可以做本文及后续的训练任务。
