步进电机驱动技术3：基于ULN2003的步进电机驱动

  在我们的项目中，经常使用到低电压小功率的步进电机，此类步进电机若采用驱动器控制不断成本高也过于复杂，我们可以直接使用场效应管或者达林顿管来实现对其的驱动。在本篇中，我们就来讨论一下基于ULN2003A达林顿管实现对步进电机的驱动。

1、功能概述

  我们先来了解一下基本的功能。ULN2003A达林顿管为7个输出通道，当导通时该通道连接到负端，所以非常适合于驱动4相5线步进电机。

1.1、ULN2003A达林顿管

  ULN2003A 器件是高电压大电流达林顿晶体管阵列。每 款器件均由7个NPN 达林顿对组成，这些达林顿对具有高压输出，带有用于开关感性负载的共阴极钳位二极管。 单个达林顿对的集电极电流额定值为500mA。将达林 顿对并联可以提供更高的电流。应用包括继电器驱动器、电锤驱动器、灯驱动器、显示驱动器（LED 和气体放电）、线路驱动器和逻辑缓冲器。其基本结构图如下：

1.2、步进电机基本原理

  在我们的测试中，我们使用4相5线步进电机。所谓4相5线步进电机就是该电机具有4组线圈5根连接线，实际上可能不只5根线，但公共端不管抽出多少根线，实际状态与1根无异。

  我们一般将这4组线圈记为A相、B相、C相和D相，当然，也可以用别的称呼，只要便于标记分别就好。4相5线步进电机一般采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。一般电机都会提供控制表，具体如下所示：

  结合ULN2003A结构和4相5线步进电机的驱动要求，我们可以设计ULN2003A达林顿管驱动4相5线步进电机的驱动电路。

1.3、步进电机驱动模式

  步进电机的驱动虽然按照电机的驱动表就可以实现，但实际的驱动方式有多种，常见的如单波驱动方式、全步驱动方式、半步驱动方式以及微步驱动方式等。这里我们可以看一看前面三种比较简单的驱动方式。

  单波驱动方式又称之为单四拍工作方式。此种方式按固定次序依次驱动每一个线圈以达到使电机转动的目的。其波形如下：

  全步驱动方式又称之为双四拍工作方式。此种方式按固定次序依次驱动两组线圈以达到使电机转动的目的。其波形如下：

  半步驱动方式又称之为八拍工作方式。此种模式实际上是前两种模式的组合，以固定的次序依次激励一组或两组线圈以达到驱动电机的目的。其波形如下：

  上述波形即是在单波驱动方式、全步驱动方式以及半步驱动方式下使用示波器抓取的A相和C相的波形图，基本可以展示这几种驱动工作方式波形特征。

2、驱动设计与实现

  我们已经了解了ULN2003A驱动4相5线步进电机的基本工作情况，接下来我们就需要据此来实现ULN2003A驱动4相5线步进电机驱动程序的设计与实现。

2.1、对象定义

  我们依然是基于对象来实现相关的操作。所以我们首先要定义对象，出于适用性考虑，我们要定义对象的类型并将具体的对象实例化，接下来我们就来抽象对象类型和实例化对象的操作。

2.1.1、对象的抽象

  对于一个对象最主要包括属性与方法两方面内容，所以我们先来考虑驱动一个步进电机对象具有哪些属性和方法，并抽象出较为通用的步进电机的对象类型。

  首先，我们来考虑对象的属性情况。对电机的操作包括启停命令、方向命令、运行状态、实际运转方向、节拍数、周期等，这些信息控制电机的运转并表征其具体工作状态，所以我们将其作为对象的属性。驱动模式和运行模式用以配置电机的具体工作方式，所以我们也将其作为对象的属性，以完成对象的配置。

  其次我们再来考虑对象的方法问题。对相位的具体操作与具体的硬件平台有关，根据对应的引脚定义相应的相位引脚。这依赖于具体的硬件和软件操作平台，所以我们将其定义为对象的方法。为了控制操作时序，我们需要延时处理，而延时操作函数同样依赖于具体的软硬件平台，所以我们也将其定义为对象的方法，通过回调函数的方式来实现。

  根据上述对对象属性和方法的分析，我们可以定义步进电机对象的类型如下：

/*定义步进电机对象类型*/
typedef struct StepperObject {
   
   
  uint8_t startStop;   //启动停止命令
  uint8_t runStatus;   //运行状态
  uint8_t directSet;   //方向设定
  uint8_t directRun;   //当前方向
  uint8_t beat;      //当前节拍
  uint8_t period;     //速度控制周期
  DriveModeType driveMode;  //驱动模式
  StepperModeType runMode;  //运行模式
  void