步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種電路或設(shè)備，可為步進(jìn)電機(jī)提供必要的電流和電壓，使其平穩(wěn)運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)是一種步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)。簡單的直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的主要區(qū)別在于，通過步進(jìn)電機(jī)，可以借助數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)精確定位。步進(jìn)電機(jī)通過同步來自控制器的脈沖信號(hào)來精確旋轉(zhuǎn)，這些脈沖信號(hào)是通過驅(qū)動(dòng)器給出的。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種從控制器獲取脈沖信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的電路。
在這個(gè)項(xiàng)目中，使用555定時(shí)器IC（作為控制器）、CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（作為驅(qū)動(dòng)器）以及其他幾個(gè)組件設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的12V步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路。
電路原理圖
所需組件
555定時(shí)器IC
CD4017約翰遜十年計(jì)數(shù)器（10個(gè)解碼輸出）
4個(gè)2N2222 NPN晶體管
4個(gè)1N4007 PN結(jié)二極管
4 x 1 KΩ電阻器（1/4瓦）
2.2 KΩ電阻器（1/4瓦）
470Ω電阻器（1/4瓦）
100 KΩ電位器（旋鈕型）
100 pF陶瓷圓盤電容器（代碼101）（也讀作0.1 nF）
1µF 16V極化電容器
12V步進(jìn)電機(jī)（單極5線）
連接電線
面包板（原型板）
12V電源
組件說明：
555定時(shí)器IC：
IC 555是一種非常著名的定時(shí)器IC，通常用于時(shí)間延遲、脈沖生成和許多振蕩器應(yīng)用。IC 555具有三種操作模式，即非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（脈沖發(fā)生器）、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（延時(shí)）和雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（觸發(fā)器-觸發(fā)器）。在這個(gè)項(xiàng)目中，使用這個(gè)555 IC來產(chǎn)生一個(gè)脈沖，即在非穩(wěn)態(tài)操作模式下。
CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC：
CD4017是一個(gè)計(jì)數(shù)器IC，可產(chǎn)生10個(gè)解碼輸出，因此是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這些計(jì)數(shù)器常用于顯示、分頻運(yùn)算、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器等。但在這個(gè)項(xiàng)目中，使用CD4017計(jì)數(shù)器IC作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。因此，這個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路本質(zhì)上是一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路。
步進(jìn)電機(jī)：
本項(xiàng)目使用12V步進(jìn)電機(jī)。它是一種單極型步進(jìn)電機(jī)，具有5線配置?；旧?，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)定子的繞組分為單極步進(jìn)電機(jī)和雙極步進(jìn)電機(jī)。下圖顯示了帶有繞組的雙極步進(jìn)電機(jī)。
單極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路可以借助幾個(gè)晶體管或像ULN2003這樣的達(dá)林頓晶體管IC來構(gòu)建。但是，雙極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路需要H橋式連接。因此，使用L293D等H橋IC來驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)。
電路設(shè)計(jì)：
將從處于非穩(wěn)態(tài)模式的方波發(fā)生器即555 IC開始。2.2 KΩ電阻連接在VCC和555的放電引腳（引腳7）之間。100 KΩ電位器連接在放電引腳（引腳7）和閾值引腳（引腳6）之間，該引腳又與觸發(fā)引腳（引腳2）短接。一個(gè)1µF電容器連接在觸發(fā)引腳（引腳2）和GND之間。100 pF的旁路電容器連接在控制電壓引腳（引腳5）上。其他引腳，即VCC（引腳8）連接到12V電源，復(fù)位引腳（引腳4）連接到12V電源，接地引腳（引腳1）連接到GND。
555定時(shí)器IC的輸出，即引腳3作為時(shí)鐘輸入提供給CD4017計(jì)數(shù)器IC，即其第14引腳。CD4017的VDD和VSS引腳，即引腳16和8分別連接到12V電源和GND。使能引腳（引腳13）接地。需要控制步進(jìn)電機(jī)中兩個(gè)線圈的4個(gè)線圈端子。因此，只需要驅(qū)動(dòng)程序的4個(gè)輸出。這些輸出是Q0至Q3，即分別為引腳3、2、4和7。計(jì)數(shù)器的輸出通過單獨(dú)的1 KΩ電阻器連接到4個(gè)晶體管的基極端子。
計(jì)數(shù)器必須在第五個(gè)脈沖上復(fù)位，因此Q4（引腳10）除了第五個(gè)輸出之外什么都沒有，連接到CD4017的復(fù)位引腳，即引腳15，該引腳通過一個(gè)470Ω電阻器連接到GND。
步進(jìn)電機(jī)是5線配置的單極型。中心引腳在內(nèi)部短路并連接到電源（此處為12V）。步進(jìn)電機(jī)的另外4個(gè)端子是兩個(gè)線圈的末端。它們必須連接到四個(gè)晶體管的集電極端子。重要的是，它們按輸出的觸發(fā)順序連接。最后，四個(gè)二極管連接在集電極端子和電源之間。二極管非常重要，因?yàn)樗鼈兛梢员Ｗo(hù)晶體管免受電感尖峰的影響。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作：
這個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作非常簡單。將看到一步一步的工作解釋。首先，555定時(shí)器IC被配置為一個(gè)非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，即它作為一個(gè)方波發(fā)生器。根據(jù)電位器的位置，方波的頻率將在7 Hz到340 Hz之間的任何位置變化。該方波作為其時(shí)鐘輸入提供給CD4017計(jì)數(shù)器IC。對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)的每次正轉(zhuǎn)變，即從低到高的轉(zhuǎn)變，計(jì)數(shù)器輸出增加一個(gè)計(jì)數(shù)。
對(duì)于時(shí)鐘上的第一個(gè)正轉(zhuǎn)換，Q0將為高電平，對(duì)于第二個(gè)正轉(zhuǎn)換，Q1將為高電平，依此類推。由于只需要4個(gè)輸出，因此第五個(gè)輸出，即Q4連接到復(fù)位引腳，以便計(jì)數(shù)器將復(fù)位并再次開始計(jì)數(shù)。
計(jì)數(shù)器IC CD4017的輸出提供給4個(gè)不同的晶體管，這些晶體管依次連接到步進(jìn)電機(jī)的4個(gè)線圈端子。可以從下圖中更好地理解。
假設(shè)點(diǎn)A、B、C和D是連接到晶體管的線圈的觸點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)中的公共線提供12V電源。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘信號(hào)施加到CD4017時(shí)，Q0變?yōu)楦唠娖?。這將打開相應(yīng)的晶體管。結(jié)果，來自公共導(dǎo)線的電源通過A點(diǎn)接地。這將使線圈通電并充當(dāng)電磁體。轉(zhuǎn)子將被吸引并轉(zhuǎn)向該位置。
在第二個(gè)時(shí)鐘脈沖期間，輸出Q1變?yōu)楦唠娖?，因此與其關(guān)聯(lián)的晶體管導(dǎo)通。現(xiàn)在，電流從公共線通過B點(diǎn)流向GND。因此，該線圈將通電并變成電磁體。這將進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。這個(gè)過程繼續(xù)進(jìn)行，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)的頻率，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)發(fā)生變化。
優(yōu)點(diǎn)
這里設(shè)計(jì)了一個(gè)DIY型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)單極步進(jìn)電機(jī)。
通過使用此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以避免昂貴的專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器板。
缺點(diǎn)
這種設(shè)計(jì)效率不高。
小型應(yīng)用需要大量復(fù)雜的布線。
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