在树莓派 Pico 上编程使用步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，因此，步进电动机又称脉冲电动机。

步进电机通常需要搭配一个步进电机驱动模块（也叫步进电机驱动器）来工作。步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度，驱动器相当于开关的组合单元。通过上位机的脉冲信号有顺序给电机相序通电使电机转动。

本文使用到的是 28BJY-48 型步进电机。

硬件连接

首先需要将步进电机和电机驱动板连起来，直接将电机的白色插头插入驱动板上的白色插槽（注意卡扣方向）即可。

再将驱动板和树莓派 Pico 连接起来，接线如下：
电机驱动板的 + 引脚接 Pico 的 VSYS。
电机驱动板的 – 引脚接 Pico 的 GND。
电机驱动板的 IN1 引脚接 Pico 的 GP18。
电机驱动板的 IN2 引脚接 Pico 的 GP19。
电机驱动板的 IN3 引脚接 Pico 的 GP20。
电机驱动板的 IN4 引脚接 Pico 的 GP21。

编程

将下面的代码保存在 Pico 的根目录，命名为 main.py。

from machine import Pin
import utime

# 步进驱动模块的引脚初始化
in1 = Pin(18,Pin.OUT)
in2 = Pin(19,Pin.OUT)
in3 = Pin(20,Pin.OUT)
in4 = Pin(21,Pin.OUT)

ROUND_VALUE = 509
delay = 1

# 四相八拍步进电机的顺序值
STEP_VALUE = [
    [0,0,0,1],
    [0,0,1,1],
    [0,0,1,0],
    [0,1,1,0],
    [0,1,0,0],
    [1,1,0,0],
    [1,0,0,0],
    [1,0,0,1],
]

# 重置引脚输出低电平
def reset():
    in1(0)
    in2(0)
    in3(0)
    in4(0)

# 单步顺时针转动，count 为步数值，可为负数（逆时针）
def step_run(count):
    direction = 1
    if count < 0:
        direction = -1
        count = -count
    for x in range(count):
        for bit in STEP_VALUE[::direction]:
            in1(bit[0])
            in2(bit[1])
            in3(bit[2])
            in4(bit[3])
            utime.sleep_ms(delay)

# 以指定角度顺时针转动，a 为角度值，可为负数（逆时针）
def step_angle(a):
    step_run(int(ROUND_VALUE * a / 360))

# 重置驱动板
reset()

# 逆时针转 90 度
step_angle(-90)

# 以单步方式持续顺时针转动
while True:
    step_run(1)

程序中定义了这款步进电机的驱动方式和参数。有两种方法驱动它：step_angle(角度) 或 step_run(步数)。

运行之后，可以看到步进电机先逆时针转动 90 度，再顺时钟持续运行下去。

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