步进电机是一种将电脉冲电流信号转换成角位移或线位移的控制元件。简单来说，你给步进电机一个脉冲电流信号，它就会旋转一个角度，所以它具有定位精度高.的特性

只要施加适当的电压，普通的DC或交流电动机就能转动，断电时就停止转动。虽然控制起来非常方便，但有时我们需要控制旋转角度非常精确，以实现一些高精度的定位运算。例如，当DVD播放机或硬盘控制阅读，打印机控制打字位置，显示器控制转向，数控机床执行定位，机器人控制动作等。普通电机很难满足这个需求，但步进电机可以。从名字可以看出，步进电机是步进电机，每次只旋转固定的角度。每次旋转可以称为1拍,每次跳动的旋转角度可以称为步距角.

为了进一步了解步进电机的硬件驱动电路设计，我们先来了解一下它的基本结构。最简单的步进电机如下图所示。

可以看出，步进电机和所有电机一样，分为定子和转子。绕在定子周围均匀分布的齿槽上的线圈，可称为绕组或相。这些绕组成对布置，其中绕组A和A’形成一对，绕组B and B’形成一对。转子是永久磁铁，可以随意绕中心旋转，它有N极和S极。因为定子上有两个绕组，转子上有两个极，我们也可以称之为双相双极电机.当一定的电流注入绕组时，会产生一定的磁场，磁场也有N极和S极。从不同的绕组注入电流，可以改变磁场的极性，从而对永磁转子产生不同方向的吸引力，这就是转子旋转的基本原理。

我们来具体看看转子是怎么旋转的。假设电流从绕组A注入，然后从绕组A '流出，两个绕组都会产生一定的磁场。根据右手定则，线圈A和线圈A '产生的磁场都是上N下S的方向，那么根据“同名相斥，异名相吸”的基本原理，永磁体的N极就会被绕组A产生的磁场的S极所吸引，同时， 永磁体的S极将被绕组A’,产生的磁场的N极吸引，同时产生引力，这将使转子顺时针旋转90度，如下图所示。

至此，我们完成了对电机绕组的一段电励磁，电机转子也转了一整圈。用于励磁的脉冲越多，电机的旋转角度越大，脉冲频率越高，电机的转速越快，但不能超过最高频率，否则电机的转矩会迅速下降，电机不会旋转。

我们可以用时序图来表示上面提到的整个驾驶过程，如下图所示。

图中的驱动模块是用来提高驱动能力的，因为一般处理器的IO引脚的电流不足以直接驱动电机旋转，后面会详细讨论。

我们将驱动电机以上述顺序旋转的激励模式称为N,在英文数据手册中可能会标记为全步模式（full-stepping）。在这种励磁方式下，一次只有一个绕组被电流励磁，其优点是消耗的电流相对较低。

当然，有很多令人兴奋的方法可以让步进电机旋转。比如我们也可以一次同时激励两个绕组，激励的顺序是A和B，B和A 'A '和B 'B '和A，A和B，具体如下图所示。

这种激励模式也是全步进驱动，在英文数据手册中可能标记为“1-1phase”。。由于两个绕组同时通电，相比之前的励磁方式可以获得更好的转矩和转速，但消耗的电流更多。时序图的使用可以表示如下

另一种更复杂的微步模式，其时序波形如下图所示：

可以看到，两个绕组是由相隔90o的两个正弦波激励的(整体波形同“2-2相”，只是激励电流不是矩形波)。只要流过绕组的方向和幅度受到控制，电机完整旋转所需的步数就可以增加。这种方法扭矩好，运行平衡，你现在可以了解一下，以后再详细讨论。

当然，我们目前讨论的电机可以说是最简单的。让我们看看下图所示的“2-2phase”,

与两相双极电机的唯一区别是转子包含三个永磁体，有六个磁极。我们再来看看它的驾驶模式，如下图(双相六极电机):

当然，步进电机根据转矩产生的原理可以分为三种。

其二为可变磁阻步进电机（Variable Reluctant， VR），也称为反应式步进电机，它的转子由软磁材料组成，被定子磁极吸引后通过定子和转子之间的最小磁阻提供运动，它的结构简单，成本低，但是动态性能差、效率低、发热量也大。

其三为混合同步步进电机（Hybrid synchronous， HB）：它是可变磁阻和永磁步进电机的组合。

我们来看看三相可变磁阻步进电机的基本结构，如下图所示：

可以看到，可变磁阻步进电机与永磁步进电机的结构差不多，主要区别在于转子不再是永磁铁，而是由软磁材料（如硅钢片）制造的，转子周围均匀分布了一些齿子，这里特别需要注意：转子齿与定子齿之间的对应关系，当转子的一对齿子与一对定子齿对齐时，转子的另一对齿子恰好指向定子齿的间隙处，也就是我们所说的错齿，它是步进电机旋转的原因。

我们具体来看看它的驱动原理，如下图所示。

至此，转子旋转了90o。然后紧接着再依次从绕组A’、B’、C’、A、B、C….注入电流即可使转子持续旋转，我们把依次激励绕组A、B、C、A’、B’、C’、A、B、C…的方式称为三相单三拍驱动方式。与永磁式步进电机相似，也可以每次同时将电流注入两个绕组，即绕组激励次序为AB、BC、CA’、A’B’、B’C’、C’A、AB…..，这种励磁方式称为三相双三拍驱动方式。还可以混合三相单三拍与三相双三拍方式进行驱动（步距角为15o），也称为三相六拍驱动方式，我们就不再赘述了，你懂的。

再来看一下四相步进电机的结构，如下图所示：

很明显，转子的齿数越多，步距角就越小，相应的定子上也会细分更多均匀分布的小齿。转子齿数为40的三相步进电机如下图所示

相应的定子与转子展开图如下所示：

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