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由于定子同一极的两端极性相同，转子两端极性相反，且错开半个齿距，所以当转子偏离平衡位置时，两端作用的转距的方向是一致的。当定子各相绕组按顺序通以直流脉冲时，转子每次将转过一个步距角Qb，其值为：
??式中：m——定子绕组的相数 z——转子的齿数 k——步进电机的通电方式
360? mzk4.3 步进电动机的微步驱动技术
4.3.1二相混合式步进电动机的通电方式
混合式步进电动机的驱动是靠按一定方式给步进电机的各相励磁绕组通以电流，实现步进电机励磁磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。步进电动机有多种通电方式，不同的通电方式对步进电动机的性能有着不同的影响。
单四拍通电方式中每拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环，步进电机励磁磁场旋转360o，对应步进电机转子转过一个齿距。
第一拍时，A相绕组正向通电，产生定位转矩Ta，它使电动机的S极转子在定子磁极1下进入齿对齿的稳定平衡位置。绕组通电前转子的空间位置是任意的，转子可能正转，也可能反转，绕组通电后转子位置和转子磁场矢量Ta几重合。
第二拍时，B相绕组正向通电，定位转矩Ta消失，定位转矩Ta使转子正转90o，相当于1/4个转子齿距，步进电动机的S极转子进入与定子磁极2齿对齿的稳定平衡位置，转子正转一步。
第三拍时，A相绕组反向通电，定位转矩T-a使转子正转l/4个转子齿距，步进电动机的S极转子进入磁极3齿对齿的稳定平衡位置，转子正转一步。
第四拍时，B相绕组反向通电，定位转矩Tb发生作用，转子将再正转1/4个转子齿距，进入S极转子上磁极4齿对齿的稳定平衡位置。
第五拍时，A相绕组正方向通电，完成一个正转循环，转子正好正转一个转子齿矩，重新进入S极转子上磁极1齿对齿的稳定平衡位置。
可见，按单四拍通电方式给二相混合式步进电动机通电时，转子每拍行进1/4齿距，可以称为整步方式，此时的步距角为1.8o。图4—2(a)为单四拍通电方式的磁场矢量图。
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双四拍通电方式与单四拍通电方式类似，只是每一拍为两相绕组同时通电，产生合成磁场矢量，步距角同样为1.8o，也是整步通电方式。八拍通电方式具有单四拍和双四拍两种通电方式，交互通电，8拍为一个循环，转子每拍行进1/8个齿距角，称为半步方式，此时步距角为0.9o，其矢量图为4—2（b）所示。
图4.4通电方式矢量图
4.3.2 二相混合式步进电动机的微步驱动方式
对于混合式步进电动机来说，转子是跟随电动机内部合成磁场矢量一起转动的，如果控制定子绕组中的电流变化，使合成磁场矢量以微步距转动，就可以实现对步进电动机原有步距角的细化，使电动机以很小的步距角转动，以增加其运动的连续性，提高步进分辨率和定位精度。
微步驱动方式的基本思想是，每次输入脉冲切换时，不象单拍或者双拍那样，将绕组电流全部通入或者切断，而是控制电流使其按照一定的规律阶梯上升或下降，从而在各相零电流到最大电流之间形成多个稳定的中间电流状态。相应的，各相合成磁场矢量也将形成多个稳定的中间状态。合成磁场矢量的幅值决定了转矩的大小，相邻两条合成磁场矢量的夹角决定了微步距的大小。转子将会沿着这些中间状态以小于步距角的微步距转动。
4.4 步进电机的细分驱动
对于步进电机，控制系统就像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。 4.4.1细分原理和细分技术的发展
细分控制又称微步控制。细分驱动是从另一个角度去提高步进电机的运行性能，它针对步进电机的分辨率及精度不高，精度与快速性相矛盾，动态中有失步及振动、噪声大等缺点而产生的一种比较特殊而有效的驱动控制方式。其实质是步进电机在输入脉冲
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切换，只改变相应绕组中的电流的一部分，即对相电流实施微量控制，利用各相电流的阶梯变化产生一系列的假想的磁极对，则转子对应的每步运动也相应只是原步距角的一部分，即达到细分的目的。
细分实质上是通过对步进电机相电流的精确控制达到减小步距角，使电机转动连续平稳的一种电机驱动方式。步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是：当驱动器工作在整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。细分能很好地改善电机的运行性能，步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是提高电机的运转精度，实现步进电机步距角的高精度细分。其次，细分技术的附带功能是减弱或消除步进电机的低频振动，低频振荡是步进电机的固有特性，而细分是消除它的唯一途径。
利用细分控制能够使步进电机的分辨率大大提高，同时也能够有效地降低步进电机低频运转时的振动和噪音。细分技术的产生得益于现代电力电子技术的深入发展，也使步进电机控制进入了一个新的空间[19-23]。当今步进电机控制器的高端产品基本上都采用了该技术。1975年美国学者T.R.Fredriksen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法。在其后的二十多年里，步进电机细分驱动技术得到了很大的发展，并在实践中得到了广泛的应用。实践证明，步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角，提高步进电机运行的平稳性，增加控制的灵活性等[24-25]。 4.4.2利用单片机细分的方法
步进电机控制系统主要通过基于单片机实现。基于单片机实现步进电机控制也是目前重要的一种手段。步进电机本身就是离散型自动化执行元件，所以它特别适合采用单片机及嵌入式系统控制。同专用IC相比，单片机有更大的灵活性，更易实现复杂的控制策略。随着微处理器技术的飞速发展，单片机的性价比越来越高，利用单片机实现步进电机控制将形成趋势。
利用单片机的脉冲宽度可调波（PWM），使原来的一个矩形脉冲波分解成一个阶梯波形，若设原来阶梯波角度为θ，则按阶梯波的步距角应为θ/n，其中n为阶梯波的个数。其优点是在阶梯波驱动步进电机的时候，虽然能通过单片机产生的PWM波很灵活地改变输出脉冲的高低和长短，从而实现步进电机的柔性控制和实现驱动大功率的步进电
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机。
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单片机有很大的灵活性，较易实现复杂的控制策略。随着微处理器技术的飞速发展，现在市场上单片机的性价比越来越高。本文的主要工作就是在尽量降低成本的前提下采用单片机进行两相混合式步进电机细分驱动控制系统的设计。
4.5 步进电机应用中注意
（1）步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。
（2）步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
（3）由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压，当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。
（4）转动惯量大的负载应选择大机座号电机。
（5）电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。
（6）高精度时，应通过机械减速、提高电机速度，或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机。
（7）电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。
（8）电机在600PPS（0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 （9）应遵循先选电机后选驱动的原则。
4.6对步进电机单片机控制系统的要求
在步进电机的单片机控制系统中，能实现以下三个基本控制任务：
控制换相顺序：步进电机的通电换相顺序要严格按照步进电机的工作方式进行。也称为脉冲分配，实现脉冲分配的方法有两种：软件法和硬件法。
控制步进电机的转向：通过改变通电的相序来实现。
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5 系统硬件设计
5.1系统电路结构设计