步進電機驅(qū)動器是一種電路或設(shè)備，可為步進電機提供必要的電流和電壓，使其平穩(wěn)運行。步進電機是一種步進式旋轉(zhuǎn)的直流電機。簡單的直流電機和步進電機的主要區(qū)別在于，通過步進電機，可以借助數(shù)字控制實現(xiàn)精確定位。步進電機通過同步來自控制器的脈沖信號來精確旋轉(zhuǎn)，這些脈沖信號是通過驅(qū)動器給出的。步進電機驅(qū)動器是一種從控制器獲取脈沖信號并將其轉(zhuǎn)換為步進電機運動的電路。

　　在這個項目中，使用555定時器IC（作為控制器）、CD4017十進制計數(shù)器（作為驅(qū)動器）以及其他幾個組件設(shè)計了一個簡單的12V步進電機驅(qū)動器電路。

　　電路原理圖

　　所需組件

　　555定時器IC

　　CD4017約翰遜十年計數(shù)器（10個解碼輸出）

　　4個2N2222 NPN晶體管

　　4個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步進電機（單極5線）

　　連接電線

　　面包板（原型板）

　　12V電源

　　組件說明：

　　555定時器IC：

　　IC 555是一種非常著名的定時器IC，通常用于時間延遲、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）和雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（觸發(fā)器-觸發(fā)器）。在這個項目中，使用這個555 IC來產(chǎn)生一個脈沖，即在非穩(wěn)態(tài)操作模式下。

　　CD4017十進制計數(shù)器IC：

　　CD4017是一個計數(shù)器IC，可產(chǎn)生10個解碼輸出，因此是一個十進制計數(shù)器。這些計數(shù)器常用于顯示、分頻運算、二進制計數(shù)器等。但在這個項目中，使用CD4017計數(shù)器IC作為步進電機驅(qū)動器。因此，這個步進電機驅(qū)動器電路本質(zhì)上是一個二進制計數(shù)器電路。

　　步進電機：

　　本項目使用12V步進電機。它是一種單極型步進電機，具有5線配置?；旧?，步進電機根據(jù)定子的繞組分為單極步進電機和雙極步進電機。下圖顯示了帶有繞組的雙極步進電機。

　　單極步進電機的驅(qū)動電路可以借助幾個晶體管或像ULN2003這樣的達林頓晶體管IC來構(gòu)建。但是，雙極步進電機的驅(qū)動電路需要H橋式連接。因此，使用L293D等H橋IC來驅(qū)動雙極步進電機。

　　電路設(shè)計：

　　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定時器IC的輸出，即引腳3作為時鐘輸入提供給CD4017計數(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。需要控制步進電機中兩個線圈的4個線圈端子。因此，只需要驅(qū)動程序的4個輸出。這些輸出是Q0至Q3，即分別為引腳3、2、4和7。計數(shù)器的輸出通過單獨的1 KΩ電阻器連接到4個晶體管的基極端子。

　　計數(shù)器必須在第五個脈沖上復(fù)位，因此Q4（引腳10）除了第五個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470Ω電阻器連接到GND。

　　步進電機是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）。步進電機的另外4個端子是兩個線圈的末端。它們必須連接到四個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，四個二極管連接在集電極端子和電源之間。二極管非常重要，因為它們可以保護晶體管免受電感尖峰的影響。

　　步進電機驅(qū)動電路的工作：

　　這個步進電機驅(qū)動電路的工作非常簡單。將看到一步一步的工作解釋。首先，555定時器IC被配置為一個非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，即它作為一個方波發(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。該方波作為其時鐘輸入提供給CD4017計數(shù)器IC。對于時鐘信號的每次正轉(zhuǎn)變，即從低到高的轉(zhuǎn)變，計數(shù)器輸出增加一個計數(shù)。

　　對于時鐘上的第一個正轉(zhuǎn)換，Q0將為高電平，對于第二個正轉(zhuǎn)換，Q1將為高電平，依此類推。由于只需要4個輸出，因此第五個輸出，即Q4連接到復(fù)位引腳，以便計數(shù)器將復(fù)位并再次開始計數(shù)。

　　計數(shù)器IC CD4017的輸出提供給4個不同的晶體管，這些晶體管依次連接到步進電機的4個線圈端子。可以從下圖中更好地理解。

　　假設(shè)點A、B、C和D是連接到晶體管的線圈的觸點。步進電機中的公共線提供12V電源。當?shù)谝粋€時鐘信號施加到CD4017時，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點接地。這將使線圈通電并充當電磁體。轉(zhuǎn)子將被吸引并轉(zhuǎn)向該位置。

　　在第二個時鐘脈沖期間，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點流向GND。因此，該線圈將通電并變成電磁體。這將進一步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。這個過程繼續(xù)進行，根據(jù)時鐘信號的頻率，步進電機的旋轉(zhuǎn)速度會發(fā)生變化。

　　優(yōu)點

　　這里設(shè)計了一個DIY型步進電機驅(qū)動器，可以驅(qū)動單極步進電機。

　　通過使用此步進電機驅(qū)動器，可以避免昂貴的專用步進電機驅(qū)動器板。

　　缺點

　　這種設(shè)計效率不高。

　　小型應(yīng)用需要大量復(fù)雜的布線。

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