步進電機驅動器是一種電路或設備，可為步進電機提供必要的電流和電壓，使其平穩運行。步進電機是一種步進式旋轉的直流電機。簡單的直流電機和步進電機的主要區別在于，通過步進電機，可以借助數字控制實現精確定位。步進電機通過同步來自控制器的脈沖信號來精確旋轉，這些脈沖信號是通過驅動器給出的。步進電機驅動器是一種從控制器獲取脈沖信號并將其轉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）、CD4017十進制計數器（作為驅動器）以及其他幾個組件設計了一個簡單的12V步進電機驅動器電路。

　　電路原理圖

　　所需組件

　　555定時器IC

　　CD4017約翰遜十年計數器（10個解碼輸出）

　　4個2N2222 NPN晶體管

　　4個1N4007 PN結二極管

　　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用。IC 555具有三種操作模式，即非穩態多諧振蕩器（脈沖發生器）、單穩態多諧振蕩器（延時）和雙穩態多諧振蕩器（觸發器-觸發器）。在這個項目中，使用這個555 IC來產生一個脈沖，即在非穩態操作模式下。

　　CD4017十進制計數器IC：

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

　　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。基本上，步進電機根據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來構建。但是，雙極步進電機的驅動電路需要H橋式連接。因此，使用L293D等H橋IC來驅動雙極步進電機。

　　電路設計：

　　將從處于非穩態模式的方波發生器即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，該引腳又與觸發引腳（引腳2）短接。一個1µF電容器連接在觸發引腳（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。

　　計數器必須在第五個脈沖上復位，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。

　　步進電機驅動電路的工作：

　　這個步進電機驅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被配置為一個非穩態多諧振蕩器，即它作為一個方波發生器。根據電位器的位置，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計數器IC。對于時鐘信號的每次正轉變，即從低到高的轉變，計數器輸出增加一個計數。

　　對于時鐘上的第一個正轉換，Q0將為高電平，對于第二個正轉換，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連接到復位引腳，以便計數器將復位并再次開始計數。

　　計數器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。當第一個時鐘信號施加到CD4017時，Q0變為高電平。這將打開相應的晶體管。結果，來自公共導線的電源通過A點接地。這將使線圈通電并充當電磁體。轉子將被吸引并轉向該位置。

　　在第二個時鐘脈沖期間，輸出Q1變為高電平，因此與其關聯的晶體管導通?，F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。這將進一步旋轉轉子。這個過程繼續進行，根據時鐘信號的頻率，步進電機的旋轉速度會發生變化。

　　優點

　　這里設計了一個DIY型步進電機驅動器，可以驅動單極步進電機。

　　通過使用此步進電機驅動器，可以避免昂貴的專用步進電機驅動器板。

　　缺點

　　這種設計效率不高。

　　小型應用需要大量復雜的布線。

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