a 控制原理及选型
? 常见的步进电机一般以电机端安装尺寸区分，电机尺寸越大，长度越长相应的带载能力也就越强。以42步进电机为例，参数42表示电机端安装尺寸为42mm×42mm。
步进电机的关键指标
1.电机型号：五线四相/四线两相（两种型号的步进电机驱动器不能通用，所以购买驱动器之前要确定型号）
2.电机尺寸：
3.重量：
4.带载能力：
5.驱动电流：行业内步进电机的额定电流都是指电流峰值，实际工作电流不一定是额定电流驱动，42步进电机及以下尺寸一般小于1A；
6.驱动电压：一般在12V/24V左右
7.步距角：一个脉冲信号所对应的电机转动的角度，可以简单理解为一个脉冲信号驱动的角度，在购买电机时，商家会标明，一般 42 步进电机的步距角为 1.8°
? 下面列出一些待选的步进电机（依次为Nidec步进减速电机、20双输出轴步进电机、42步进电机D型轴、Y15-58丝杆步进电机、42丝杆电机）
? 常见的步进电机
? 步进电机参数表（Nidec和20HB3403KN是根据厂家提供信息填写，其他电机参数略有偏差）
| 步进电机参数 | Nidec步进减速电机25mm | 20HB3402KN双输出轴步进电机 | 42步进电机 | Y15-58丝杆步进电机 | 42丝杆电机 |
|---|---|---|---|---|---|
| 电机型号 | 两相四线 | 两相四线 | 两相四线 | 两相四线 | 两相四线 |
| 电机尺寸 | 25×25×13 | 20×20×30 | 42×42×40 | 15×15×10 | 42×42×40 |
| 重量 | 36.5 | 70 | 400 | 23 | 500 |
| 带载能力/g/cm | 1500 | 180 | 强 | 300 | 强 |
| 步距角/° | 1.5 | 1.8 | 1.8 | 18 | 1.8 |
| 驱动电压DC/V | 12 | 12 | 12/24 | 6 | 24 |
| 驱动电流/mA | 300 | 600 | 1000 | 500 | 1000 |
- ? 步进电机的选型过程
? 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。
1、步距角的选择
电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（ 三相电机 ）等。
2、静力矩的选择
步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
3、电流的选择
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）
4、力矩与功率换算
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：
P= Ω·M
Ω=2π·n/60
P=2πnM/60
其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米
P=2πfM/400(半步工作）
其中f为每秒脉冲数（简称 PPS )
Tips：
下面给出步进电机尺寸与输出扭矩大致对应关系，以供选型时参考使用
20mm，输出扭矩50mNm以下
28mm，输出扭矩80mNm以下
35mm，输出扭矩150mNm以下
42mm，输出扭矩450mNm以下
57mm，输出扭矩750mNm以下
86mm，输出扭矩2000mNm以下。
b 驱动器选型及使用方法
? 步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的驱动器。步进电机驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（这个角度叫做歩距角）。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
? 下面仅是对驱动器产品的使用，并不涉及驱动器的设计部分知识。
? 步进电机驱动器连接步进电机控制器与电机本体，从步进电机控制器接收控制信号，按照预定通电顺序给步进电机供给电流。如下图所示，输入量为频率可调，脉冲数一定的PWM波用来控制电机转速和转角、方向电平用来控制电机转向、使能信号用来控制电机启停；输出量为对应的变化电流。
? 对驱动器的使用还要针对不同电机的需求，进行两个方面的设置：细分设置和驱动电流调节（盒装驱动器通过拨码开关调节，驱动芯片通过相应引脚的高低电平调节）。驱动电流调节是为了防止供电部件输入电流超过电机最大驱动电流，造成电机过热烧毁的现象,(正常工作的步进电机只会略微发热，烫手就说明电机此时已经过热要重新检查驱动电流是否过高或负载是否过大)。
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? 步进电机驱动器基本功能示意图
? 下面列出一些待选的步进电机驱动器/芯片（依次为盒装驱动器DMA860H、A4988、DRV8825、TMC2209）
| 驱动器参数 | 盒装驱动器DMA860H | A4988 | DRV8825 | TMC2209 |
|---|---|---|---|---|
| 最高细分 | 51200步/转 | 16 | 32 | 256 |
| 峰值电流/A | 7.2/6 | 1 | 2.5 | 2.8/2 |
| 出场默认电流/A | 1.6 | 0.9 | ||
| 驱动电压DC/V | 18-80 | 5-35 | 8.2-45 | 4.75-28 |
| 逻辑电压/V | 3-24 | 3.3/5 | 3.3/5 | 3.3/5 |
| 是否静音 | 否 | 否 | 否 | 是 |
- 驱动器与控制器的接线方法
共阳极接法：分别将PUL+，DIR+，EN+连接到控制系统的电源上， 如果此电源是+5V 则可直接接入，如果此电源大于+5V，则须外部另加限流 电阻R，保证给驱动器内部光藕提供8—15mA 的驱动电流。脉冲输入信号通 过CP-接入，方向信号通过DIR-接入，使能信号通过EN-接入。如下图 ：
共阴极接法：分别将 PUL-，DIR-，EN-连接到控制系统的地端； 脉冲输入信号通过PUL+接入，方向信号通过DIR+接入，使能信号通过EN+接 入。若需限流电阻，限流电阻R 的接法取值与共阳极接法相同。如下图：
? 这里需要注意的是： 在一般情况下EN端可不接，EN有效时电机转子处于自由状态（脱机状态），这时可以手动转动电机转轴，做适合您的调节。手动调节完成后，再将 EN 设为 无效状态，以继续自动控制 。(DRV8825扩展板EN要接地，不然无法使用)
- 盒装驱动器调节方法
? 盒装驱动器为方便使用都是7或8位拨码开关利用ON/OFF状态组合进行设定的，直接按照对应驱动器的出厂设定进行设置即可。
-
驱动芯片调节方法
? 驱动芯片的细分通过每个芯片都会有2-3个专门用来设置细分的引脚（一般以M开头）的高低电平调节；细分引脚未连接则为高电平状态，将2/3个细分引脚分别或者全部接地来实现不同的工作模式。下图依次为三种驱动芯片的细分引脚及细分引脚设置图（依次为A4988、DRV8825、TMC2209）
此外，也可通过购买扩展板通过跳线帽设置细分（该扩展板跳线帽全部插上为最高细分16/32）
? 驱动电流调节：方法1：在线调节，也就是连接好电路后，通过改变DRV8825驱动板或A4988驱动板上的可变电位器的电阻值来调整电流，直到看到电机可以运动起来。方法2：离线调节，就是不连接步进电机，先通过测量并改变驱动板上的参考电压，直到满足要求后，再连接电机。相对前者，后者不存在损坏电机的风险，更为安全。
离线调节步骤：
1.从步进电机的数据表中，先确定步进电机允许的最大电流，根据电流与参考电压的关系得到要参考电压值；
2.断开步进电机，连接驱动器电源；
3.Verf参考电压测量GND和电位器中间端电压，这时电压为各芯片出厂默认值；
4.用螺丝刀小幅转动可变电阻器调节参考电压（一次不要超过30°），顺时针增大，逆时针减小，直至调节到所要求的参考电压值；
5.接上步进电机，转动步进电机观察是否有过热现象，如有继续调低参考电压。
? 驱动电流测量调试图