步進電機（stepper motor）是一種是将電脈電流信号轉變為角位移或線位移的控制元件。簡單的說，你給步進電機一個脈沖電流信号，它就會轉動一個角度，所以具有定位精度高的特點。

普通的直流或交流電機隻要施加合适的電壓就能夠使其轉動，斷電即可使其停止轉動，控制起來雖然很方便，但有些時候，我們需要很精确地控制轉動的角度，以便實現一些高精度的定位操作。例如DVD播放器或硬盤控制讀盤時，打印機控制打字位置時，監控器控制轉向時，數控機床進行定位時，機器人控制動作時等等，普通的電機很難滿足這種需求，而步機電機就可以。從名稱也可以看出，步進電機就是“按步前進”的電機，一次隻會旋轉一個固定的角度，每旋轉一次可稱為1拍，而每拍旋轉的角度可稱為步距角。

為了進一步理解步進電機的硬件驅動電路設計，我們先來了解一下它的基本結構。最簡單的步進電機如下圖所示

可以看到，步進電機與所有電機一樣分為定子（stator）與轉子（rotor），在定子周圍均勻分布的齒槽上纏繞的那些線圈（coil），我們可以稱為繞組或相，這些繞組按對進行排列，其中繞組A與A’形成一對，繞組B與B’形成一對。而轉子則是一塊能夠繞中心任意旋轉的永磁鐵，它有N與S兩極。由于定子上存在兩個繞組，而轉子上存在兩個磁極，所以我們也可以稱其為雙相雙極電機。繞組注入一定電流時就會産生一定的磁場，它也有N與S兩極，從不同繞組注入電流就可以改變磁場的極性，從而能夠對永磁鐵轉子産生不同方向的吸力，這是轉子旋轉的基本原理。

下面我們具體來看看轉子是怎麼旋轉的。假設電流從繞組A注入再從繞組A’流出，則兩個繞組都會産生一定的磁場。根據右手定則，線圈A與線圈A’産生的磁場方向均為上N下S，再根據“同名相斥、異名相吸”的基本原理，永磁鐵的N極會被繞組A産生的磁場S極吸過來，與此同時，永磁鐵的S極會被繞組A’産生的磁場N極吸過來，它們的吸力是同時産生的，也就引起轉子順時針旋轉90o，如下圖所示（以轉子中紅色N極為參考基準）

至此，我們對電機繞組完成一個周期的電激勵，電機轉子也旋轉了一整圈。用來激勵的脈沖越多，電機轉動的角度就越大，脈沖的頻率越高，電機的轉速也就越快，但不能超過最高頻率，否則電機的力矩迅速減小，電機将不會旋轉。

我們可以使用時序圖來表示前述整個驅動過程，如下圖所示。

圖中的驅動（Driver）模塊用來提升驅動能力，因為一般處理器的IO引腳的電流不足以直接驅動電機旋轉，後續會再詳細讨論。

我們把按上述順序驅動電機旋轉的勵磁方式稱為全步模式（full-stepping），在英文數據手冊中可能會标記為“1-1phase”。此種激勵方式中每次電流隻對一個繞組進行激勵，它的好處就是消耗的電流比較低。

當然，想讓步進電機旋轉的勵磁方式還有很多，例如我們也可以每次同時對兩個繞組進行激勵，激勵順序依次為A與B、B與A’、A’與B’、B’與A、A與B……具體情況如下圖所示。

這種勵磁方式也是全步驅動，英文數據手冊中可能會标記為“2-2phase”。由于兩個繞組同時通電，所以相對之前的勵磁方式可以獲得更好的扭矩和速度，隻是要多消耗一些電流。使用時序圖可表示如下

另外一種比較複雜的微步驅動方式（microstepping），它的時序波形如下圖所示：

可以看到，兩個繞組被兩個相隔90o的正弦波激勵（總體波形與“2-2-phase”相同，隻不過激勵電流不是矩形波），隻要控制流過繞組的方向和幅度，就可以增加電機在一次完整旋轉時所需要的步數，這種方式具有良好的扭矩和平衡的操作，大家現在了解一下即可，後續再詳細讨論。

當然，我們目前讨論的電機可以說最簡單的，再來看一個雙相六極電機，如下圖所示。

與雙相雙極電機唯一不同的是，轉子包含了3個永磁鐵，擁有6個磁極，我們同樣看一下它的驅動方式，如下圖所示（以轉子上的紅色N極為參考基準）：

當然，步進電機根據力矩産生的原理可以分為三種類型，其一為永磁步進電機（PermanentMagnet，PM），也稱為永磁或激磁式步進電機，它的永磁轉子會根據施加的脈沖被排斥或吸引到定子，我們前面讨論的就是這種，它具有動态性能好，輸出力矩大的特點；

其二為可變磁阻步進電機（Variable Reluctant， VR），也稱為反應式步進電機，它的轉子由軟磁材料組成，被定子磁極吸引後通過定子和轉子之間的最小磁阻提供運動，它的結構簡單，成本低，但是動态性能差、效率低、發熱量也大。

其三為混合同步步進電機（Hybrid synchronous， HB）：它是可變磁阻和永磁步進電機的組合。

我們來看看三相可變磁阻步進電機的基本結構，如下圖所示：

可以看到，可變磁阻步進電機與永磁步進電機的結構差不多，主要區别在于轉子不再是永磁鐵，而是由軟磁材料（如矽鋼片）制造的，轉子周圍均勻分布了一些齒子，這裡特别需要注意：轉子齒與定子齒之間的對應關系，當轉子的一對齒子與一對定子齒對齊時，轉子的另一對齒子恰好指向定子齒的間隙處，也就是我們所說的錯齒，它是步進電機旋轉的原因。

我們具體來看看它的驅動原理，如下圖所示。

至此，轉子旋轉了90o。然後緊接着再依次從繞組A’、B’、C’、A、B、C….注入電流即可使轉子持續旋轉，我們把依次激勵繞組A、B、C、A’、B’、C’、A、B、C…的方式稱為三相單三拍驅動方式。與永磁式步進電機相似，也可以每次同時将電流注入兩個繞組，即繞組激勵次序為AB、BC、CA’、A’B’、B’C’、C’A、AB…..，這種勵磁方式稱為三相雙三拍驅動方式。還可以混合三相單三拍與三相雙三拍方式進行驅動（步距角為15o），也稱為三相六拍驅動方式，我們就不再贅述了，你懂的。

再來看一下四相步進電機的結構，如下圖所示：

很明顯，轉子的齒數越多，步距角就越小，相應的定子上也會細分更多均勻分布的小齒。轉子齒數為40的三相步進電機如下圖所示

相應的定子與轉子展開圖如下所示：

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