一、步進電機介紹
步進電機是一種將電脈衝信號轉換成相應角位移或線位移的電動機。每輸入一個脈衝信號，轉子就轉動一個角度或前進一步。其輸出的角位移或線位移與輸入的脈衝數成正比，因此，步進電機又稱脈衝電動機。
二、步進電機控制原理
步進電機的轉動原理與其他電機一樣，其根本都是繞組通電，產生磁場，從而使轉子在磁場作用力下轉動。
以一個四線兩相步進電機為例，分析控制方式。兩個繞組在結構上呈90°垂直分布。
1.四拍控制
兩個垂直的繞組，改變通電順序，使磁場方向改變。
總共4種通電方式，A+B+,A-B+,A-B-,A+B-。從理論磁場圖來看，每一拍定子磁場跳變90°角度。繞組的4個接線的控制線可為下面的波形。
4路信號可用普通GPIO口做，也可用PWM做，每一拍的時間長短決定電機的轉速，且接線的順序和步數由電機的結構決定。
2.八拍控制
上述四拍控制，每一拍轉過90°，跨距較大，轉動會不平穩，八拍是在四拍的基礎上，增加每個繞組單獨通電的順序，即4拍是兩個繞組同時通電，4拍是只有一個繞組通電。
這樣八拍，每一拍轉過的角度變為45°，比90°要平穩一些。控制波形如下：
以上兩種控制方式都是直接控制繞組上通電的時間，稱為分步控制，控制轉矩波動大，為了使電機轉動更平滑，有了微步控制。
3.微步控制
為了減小步進電機運行時的噪聲和抖動，人們設法讓定子繞組的磁場方向的跳變幅度變小，把一個分步一次的大跳變分成若干次較小的跳變來完成。於是就有了微步控制。也叫細分驅動方式。
根據矢量合成的原理，當步進電機中的兩個繞組各自產生的磁場強度按照正弦規律變化的時候，它們的合成磁場的方向就會勻速旋轉，而合成磁場的強度保持不變。線圈產生的磁場強度與通過它的電流大小成正比，因此，微步控制方式就是讓通過線圈的驅動電流不是像分步方式那樣在0和最大值之間跳變，而是按照正弦規律分成幾個階梯逐步變化。
要實現上面所示繞組上的正弦電流，採用將PWM波形電壓信號施加到繞組上。
該電機的參數為一個全步分12個微步，一個周期為24個微步，每個微步調整PWM佔空比即可實現。只需在正弦波上取24個點，將每個點的幅值標記到PWM的計數值，這樣每一個微步切換一次PWM的佔空比，而每個微步持續的時間決定了電機的轉速。
（1）4路PWM方式
採用4路PWM控制的，其控制波形如下圖。
例如，A相要通正電流時，A+接PWM信號，且每個微步調整PWM佔空比為對應的正弦值，此時A-始終為低電平，A+的佔空比越大，流過A相的正向電流就越大。
當A相需要通負電流時，用A-接PWM信號，A+始終為低電平，此時，A-打開時就有負向電流流過繞組。A-的佔空比越大，流過A相的負向電流就越大。
所以A+和B+是正弦波的正半軸，A-和B-是正弦波的負半軸。
（2）2路PWM+2路IO方式
如果PWM通道不夠用，可以用兩路PWM方式，每個繞組一端接PWM，另一端接普通IO口。控制波形如下圖：
這種2路PWM的控制方式，需要翻轉電平以達到負向電流的效果。
當A相需要通正向電流時,A+接PWM，A-為低電平時，PWM的高電平時間為通電時間，佔空比越大，通電時間越長；
當A相需要通負向電流時，翻轉A-為高電平，A+的極性翻轉，此時，PWM的低電平時間為通電時間，電流從A-流向A+，佔空比越小，通電時間越長。
微步控制方式下，每一步的持續時間決定電機的轉速，但不能超過電機的最大轉速參數，否則轉子的轉動速度跟不上換步的速度，導致電機失步。
可以採用定時器定時每步的時間，定時中斷中處理換步，PWM佔空比調節等操作。
三、位置控制
步進電機每輸入一個脈衝信號就會轉過相應的角度。根據電機參數可以實現精確的位置控制。
如圖所示，這個電機1個微步轉過的角度為0.083°，如果需要轉動90°，則需要90/0.083=1084個微步，那麼在程序中，可以在定時器中斷中計數，當達到1084後關閉輸出波形，電機停止，實際驗證確實轉過90°。
四、總結
現在的步進電機控制電路和控制板已經很成熟了。一般可以直接在技術支持那邊得到某種MCU的控制相關的代碼及應用示例。
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