数据采集卡与步进电机

步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的执行器件。我们以两相式混合步进电机为例加以说明。

步进电机

一、运行原理及内部结构

大家都知道磁极之间同性相斥，异性相吸，而步进电机就是利用了这一特性。

步进电机内部的磁体分为定子和转子，转子的极性不发生改变，但定子的极性会根据输入的电流发生变化，

判断极性的方法是安培右手定则（之一）：右手握住通电螺线管，使四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是N极。

当通电方向顺序按照AA’——BB’——AA’——BB’四个状态周而复始进行变化，电机可顺时针转动；

当通电时序为AA’——B’B——A’A——BB’时，电机就逆时针转动。而且输入的电脉冲频率越高，电动机转动就越快。

二、驱动电流的产生

现在我们已经知道了步进电机是依靠电流产生的极性工作，那么这样的电流要怎样输入呢？最开始人们是根据使用需求，设计一种专门的硬件电路来控制电机的转动。

但这样做的问题是：当需求发生变化时，就要重新设计电路。这无疑会增加步进电机的使用成本和难度，于是一种专门的驱动器便产生了，也就是我们在实验中使用的步进电机驱动器。

驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组（定子）按一定顺序通电，控制电机转动。为了方便控制驱动器产生的电脉冲，人们又引入了控制器。它会发出脉冲信号和方向信号到步进电机驱动器中，进而达到控制步进电机的目的。这样，我们就构建出一个步进电机控制系统了。

三、使用采集卡控制步进电机转动

在本次实验中，USB-3123数据采集卡充当控制器的角色。驱动器的型号是TB6600两相步进电机驱动器，它可以实现电机正反转控制，旋转角度控制等功能，还可以进行细分数及电流大小设定。我们来具体介绍一下：

PUL端是步进控制，当它接收到一个脉冲信号，就控制电机旋转一下；DIR端可以控制电机的正反转，高电平正转，低电平反转；EN端是使能端，输入高电平时，电机进入脱机状态，电机不响应脉冲信号，输入低电平时，电机接受脉冲信号开始正常运转。在实验中使用共阴极接法连接采集卡与步进电机驱动器。将EN-、DIR-、PUL-接入采集卡的DGND端，将EN+与DO 0端口连接，DIR+连接到DO 1端口，PUL+连接到DO 2端口。

驱动器的A、B端口与电机的A、B相连接，至于如何判断电机的四根接线是否为同一组，我们可以直接查阅产品手册或者将任意两根线短接，然后转动电机的轴，如果转动时感到有明显的阻力，那么这两根线为同一组。判断完成后，将它们连接就可以了。

在电源接口中，VCC连接电源正极，GND连接电源负极。要注意的是驱动器工作在直流电压9-42V之间。实验输入的是12V的直流电压。

然后调节拨码开关的状态，将1、2、3端口分别调节成ON、ON及OFF状态，也就是一倍细分；因为电源开关的额定电流是1.2A，所以将4、5、6拨码开关调节成ON、OFF、ON状态。

关于驱动器的其它内容，大家可以参考其使用手册，这里就不详细说明了。最后将采集卡与电脑连接，这样就完成了接线。

打开Smacq提供的do_waveform_full.vi范例，控制采集卡的DO端口输出数字波形。在范例前面板上，SamplePeriod(ns)控件是控制采集卡的输出周期；DoCycle控件可以控制输出次数；Value数组是控制采集卡产生的波形。

在数字波形图中可以显示每个端口的输出波形，行0表示Do 0端口、行1表示Do 1端口……数字波形图中的每一排表示一个Value的输入数据，保留数组中的两个元素并将其它数据删除，这样每个通道输出的脉冲就很清晰了。现在驱动器的细分数是1，也就是当它接收到200个脉冲时电机的轴就会走一圈，而且PUL端口是与采集卡的Do 2连接的，所以我们调整输入波形为0000，0100，DoCycle为200，周期为3000000（频率是333.3Hz），点击运行，能看到步进电机的轴转了一圈。

减小周期为1000000ns，可以看到电机的转速有明显的提高，当然如果周期太小（1000），就会超过电机的响应频率了。

然后，改变拨码1、2、3的状态为ON、OFF、OFF。这是控制电机为四倍细分，接收到800个脉冲时电机才会旋转一周。所以按照我们刚才的设置，点击运行后，电机会转动四分之一圈。

将拨码调整为原来的状态（ON、ON、OFF）。根据上文介绍，想要使电机反转，就要给DIR端一个高电平，所以输入数据0000，0110。点击运行，可以看到它反方向转动了一圈。

最后验证电机的使能端口，让Do 0输出高电平，即在数组中输入0001、0111，点击运行后看到，电机并不发生旋转。当在数组中输入0000、0110，点击运行，步进电机会转动一周。

以上就是使用Smacq数据采集卡控制步进电机的全部内容。大家有任何问题都可以在评论区提出或私信我们。当然也欢迎搜索我们的微信公众号：Smacq思迈科华，直接联系我们。有关实验中所用的采集设备可以访问我们的官网：smacq.cn得到。

感谢大街的观看。

审核编辑 黄宇