拓展模块使用教程和心得(三)：ULN2003模块与28BYJ48步进电机(测试平台:STC8A8K,STM32F103)
成就更好的自己
关于ULN2003模块和对应的28BYJ48步进电机，网上现有的资料与教程对于初学者有点不太友好，造成的现象是仅仅只能让步进电机转起来，但是没有对于控制转速和转角的实践分析，本文的所有内容博主都经过了实物及程序的验证和计算，并以最言简意赅的方式记录下来。(测试平台:STC8A8K,STM32F103)
目录
ULN2003模块电路
28BYJ48步进电机
细枝末节的知识
ULN2003模块电路
先上实物图：
左边7PIN的排针是连到单片机IO口上的，中间偏下插着短接帽的4PIN排针是供电给模块和步进电机(有时候是单独供电，但是要共地)，偏右边白色的5PIN插槽是五线四相步进电机专用接口，最右边的的7PIN排针是控制其他多项电机(低于七项)用的。
ULN2003本质很简单
除了8.9俩电源引脚之外，其他引脚(7*2)都是相互对应的(以上图为例，1~16,2~15以此类推)，具体是什么原理呢，咱不用知道那么多，咱只用知道ULN2003内部用的是高耐压、大电流复合晶体管阵列，是让单片机IO口驱动大电流用的(因为咱们用的步进电机内部其实还是线圈，所以用到了ULN2003)，多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中，可直接驱动继电器等负载。由于单片机采用的是灌电流驱动方式(这种驱动方式驱动能力强，但是容易烧)，因此控制步进电机的IO口0为有效电平，1为无效电平。
步进电机，ULN2003，单片机的前后连接原理图如下：
28BYJ48步进电机
所有资料都写的是步进电机靠脉冲驱动的，一个脉冲对应转过一个步距角，这句话会有部分理解上的问题的，下面我会一一分析的。
现在给大家区分一个概念，上图中能直接看到的绑个弹簧的那个轴是输出轴，在这个步进电机内部有个真正的步进马达转子，每一个脉冲(或者下文所谓的“拍”)能使这个真正的转子转动5.625°，看下图的数据表格中的减速比是1:64，意思是这个真正的步进马达转子转动64周才能让输出轴转动1周(这个术语叫做步进马达的细分)，因此下图的表格中步距角度才写的是5.625°/64，表明的意思是一个脉冲可以让输出轴转动5.625°/64的角度。
脉冲的意思，必须由低电平变高电平，说白了这玩意看上升沿的，持续一段时间然后拉低即可，这段持续的时间直接决定了电机的转速，据说这废物最快14转每分钟。
下面详细说一下通电方式(或者叫励磁方式)
首先，脉冲(或拍)的数量决定转动的角度，单位时间内脉冲(或拍)的数量决定转动的速度
常见的通电方式有：
- 一相励磁：单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。）
- 二相励磁：双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。）
- 一二相励磁：八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）
其中，经过博主的对比试验和资料查找，一相励磁和二相励磁一个脉冲转动两个步距角，一二相励磁一次脉冲只转一个步距角(测试平台STC8A8K,STM32F103)
举个简单例子，这里博主为了朋友们便于理解，没有采用网上的相序表(数组法因接口而异)：
单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。）
void main() //一相励磁的例程
{
uint16 num;
IN1=IN2=IN3=IN4=1;
for(num=640;num>0;num--) //640个循环，5.625/64步距角*2(一相励磁一拍走2个步距角)*4拍*640次循环=450度
{
IN1=~IN1; //控制A相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第一拍
delay(speed);
IN1=~IN1;
IN2=~IN2; //控制B相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第二拍
delay(speed);
IN2=~IN2;
IN3=~IN3; //控制C相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第三拍
delay(speed);
IN3=~IN3;
IN4=~IN4; //控制D相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第四拍
delay(speed);
IN4=~IN4;
}
IN1=IN2=IN3=IN4=1;
while(1);
}双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。）
void main() //二相励磁的例程
{
uint16 num;
IN1=IN2=IN3=IN4=1;
for(num=640;num>0;num--) //640个循环，5.625/64步距角*2(二相励磁一拍走2个步距角)*4拍*640次循环=450度
{
IN1=~IN1; //控制A相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第一拍
IN2=~IN2; //控制B相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第一拍
delay(speed);
IN1=~IN1;
IN2=~IN2;
IN2=~IN2; //控制B相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第二拍
IN3=~IN3; //控制C相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第二拍
delay(speed);
IN2=~IN2;
IN3=~IN3;
IN3=~IN3; //控制C相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第三拍
IN4=~IN4; //控制D相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第三拍
delay(speed);
IN3=~IN3;
IN4=~IN4;
IN4=~IN4; //控制D相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第四拍
IN1=~IN1; //控制A相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第四拍
delay(speed);
IN4=~IN4;
IN1=~IN1;
}
IN1=IN2=IN3=IN4=1;
while(1);
}八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）
void main() //一二相励磁的例程
{
uint16 num;
IN1=IN2=IN3=IN4=1;
for(num=640;num>0;num--) //640个循环，5.625/64步距角*1(一二相励磁一拍走1个步距角)*8拍*640次循环=450度
{
IN1=~IN1; //控制A相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第一拍
delay(speed);
IN1=~IN1;
IN1=~IN1; //控制A相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第二拍
IN2=~IN2; //控制B相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第二拍
delay(speed);
IN1=~IN1;
IN2=~IN2;
IN2=~IN2; //控制B相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第三拍
delay(speed);
IN2=~IN2;
IN2=~IN2; //控制B相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第四拍
IN3=~IN3; //控制C相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第四拍
delay(speed);
IN2=~IN2;
IN3=~IN3;
IN3=~IN3; //控制C相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第五拍
delay(speed);
IN3=~IN3;
IN3=~IN3; //控制C相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第六拍
IN4=~IN4; //控制D相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第六拍
delay(speed);
IN3=~IN3;
IN4=~IN4;
IN4=~IN4; //控制D相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第七拍
delay(speed);
IN4=~IN4;
IN4=~IN4; //控制D相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第八拍
IN1=~IN1; //控制A相的IO口非运算后的电平变化产生一个脉冲，第八拍
delay(speed);
IN4=~IN4;
IN1=~IN1;
}
IN4=IN1=IN2=IN3=1;
while(1);
}关于控制线的脉冲有严格顺序，通脉冲的顺序影响转向(顺向逆向)，负载能力，电机发热程度等。
这里博主给出了使用手册上的标准脉冲流程，如果想反转的话只用颠倒给脉冲的顺序即可，但是不要打乱顺序，否则也可能会转但是会造成各种问题。
细枝末节的知识
- 这个步进电机最快转速据说14转每分钟(博主实测10转，可能延时有点慢)，不能贪图速度，延时一定要延够，否则只会震动不会转动，至于慢的话，没有那个耐心测出他最慢有多慢。。。
- 至于转角的话，只用算出他需要转几个脉冲然后循环就行了。
- 在停止转动后，记得将所有控制线拉高，不然电机时间长了会很热，一般内部热度超过130度就会对内部的永磁体造成不可逆转的退磁现象，电机的步距角就会不准确。
- 觉得驱动力矩不够的可以加到12v，记得与ULN2003共地。
- 博主在初期调试的时候，一相和二相励磁时，实际转角一直是理论计算的两倍，后期查资料才知道，这两种励磁方式一脉冲转的是两个步距角，这个问题网上提到的人很少，也发现有朋友遇到过类似问题，但是我毕竟不是机械专业的，只能根据网友的结论和自己实际的情况下定论，如果发现有误或者知道原理的朋友欢迎评论或私信，共同进步，谢谢。
- 还有一种励磁方式是以PWM脉冲调制取代单一高低电平作为上文中的3种励磁方式的输入，这种新的励磁方式有很大优点，但是因为实现起来相当复杂，一般是用不到的，有兴趣的朋友们可以自行百度一下。