ステッピングモータは、パルスを与える毎にそのステッピングモータ固有の角度だけ回転します。

ステッピングモータの仕様の１つに、ステップ数があります。
ステップ数は、１回転（３６０度）をいくつに分割して制御できるかを表し、例えば２００ステップのステッピングモータであれば、３６０度を２００分割して制御でき１ステップは１．８度になります。（３６０度÷２００）
そして、１回のパルスで正確に１ステップ回転します。
このステッピングモータにパルスを５０回与えると、丁度９０度回転します。（１．８度×５０）

与えるパルスにはパターンがあり、正転・逆転が可能です。
また、パルスの幅で回転スピードを制御できます。
これについては、後で実際に動かしながら説明します。

ＤＣモータやＡＣモータと異なり、パルスを与えればそのパターンに従って一定角回転し、パルスを与えなければ停止します。
パルスで制御することから、パルスモータとも言われます。

ステッピングモータは、コイルの構造（結線方法の違い）からユニポーラ型とバイポーラ型の２種類に分類されます。
今回は、ユニポーラ型を対象にしました。
制御方法が若干異なるバイポーラ型についても、いずれアップしようと思います。

今回使用したステッピングモータ

２相ユニポーラ駆動 BH200575048 秋月電子 \700 ステップ数 ２００（１．８度） 駆動電圧 ５Ｖ（５〜９Ｖ） コイル抵抗 ３９Ω コイル電流 １２０ｍＡ（５Ｖ時） 軸径 ６．３７ｍｍ

コイルの結線

ステッピングモータ以外の主なパーツです。

左から FET(2SK2231)２つ（表，裏） PIC16F84A つまようじ（パーツではありませんが）

FETは、ステッピングモータを制御するために使います。
ステッピングモータの１つのコイルには１２０ｍＡの電流が流れますので、ＰＩＣの入出力ポートに直接接続はできません。
2SK2231の他に、2SK2961,2SK1094,2SK940などでも使えます。
トランジスタでは2SC3420などですが、この場合はベースに１ＫΩ程度の抵抗を接続する必要があります。

まずは、スイッチだけで動作を確認して見ましょう。

回路図とブレッドボードに組み込んだ状態です。
簡単に組めて、ステッピングモータの動作が確認できますので、是非実践して下さい。

では、スイッチを左から順に１つずつ押して見て下さい。

Ｘ→Ｙ→Ｘ→Ｙ

これを繰り返すとどうなるでしょう。

Ｘ→Ｙ→Ｘ→Ｙ →Ｘ→Ｙ→Ｘ→Ｙ ・・・

少しずつ回転すると思います。
回転しない場合は回路を見直して下さい。

スイッチを押すと、それに接続されたステッピングモータのコイルに電流が流れ磁界が発生します。
この事を励磁と呼びます。

今回は、スイッチを１つずつ順に押しましたので、コイルも１つずつ順に励磁されます。
このように、１つずつ励磁する方法を１相励磁と呼びます。

４つのスイッチの状態とその順番を表にすると以下のようになります。

順番 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ １ １ ０ ０ ０ ２ ０ １ ０ ０ ３ ０ ０ １ ０ ４ ０ ０ ０ １ 以降、順番１から繰り返す。

１はスイッチを押した状態 ０はスイッチを押していない状態

ではスイッチを右から順に１つずつ押して見ましょう。

順番 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ １ ０ ０ ０ １ ２ ０ ０ １ ０ ３ ０ １ ０ ０ ４ １ ０ ０ ０ 以降、順番１から繰り返す。

１はスイッチを押した状態 ０はスイッチを押していない状態

励磁する順番で回転の方向を変える事ができます。

先ほどの表にすると以下の順番です。

順番 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ １ １ １ ０ ０ ２ ０ １ １ ０ ３ ０ ０ １ １ ４ １ ０ ０ １ 以降、順番１から繰り返す。

１はスイッチを押した状態 ０はスイッチを押していない状態

逆も試して見ましょう。

順番 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ １ ０ ０ １ １ ２ ０ １ １ ０ ３ １ １ ０ ０ ４ １ ０ ０ １ 以降、順番１から繰り返す。

１はスイッチを押した状態 ０はスイッチを押していない状態

このように、２つのコイルを順に励磁する方法を２相励磁と呼びます。

１相励磁と２相励磁を組み合わせた１−２相励磁がありますが、今回は省略します。

上ではスイッチで直接ステッピングモータを制御しましたが、次はＦＥＴに変更します。

回路図は以下の通りです。 右は、2SK2231のデータシートからの抜粋です。

ブレッドボードに仮組みした状態です。 スイッチは先ほどと同じで、左から Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｙ です。

スイッチのみの場合と同様に、１相励磁，２相励磁，正転，逆転を試して下さい。
全く同じ動きをすればＯＫです。

いよいよＰＩＣでステッピングモータを制御します。

回路図は以下の通りです。
ＦＥＴのゲートを、スイッチの代わりにＰＩＣのＲＢ４〜７に接続します。
ＰＩＣのＲＢ４〜７が今までのスイッチ代わりになると言うことです。

逆に、スイッチは今までとは役割が異なり、ＰＩＣに指示を与えるために使います。

51KΩの抵抗４本は、1KΩ〜1MΩ程度の範囲であれば何でも良い。

ブレッドボードに仮組みした状態 回路図とは異なり、５Ｖ電源は共有させました。 ちゃんと組む場合は分離した方が安心です。 更に、パスコンや平滑コンデンサも乗せるべきです。

まずは、一定方向に同じ速度で回し続けるという単純なプログラムを作りましょう。
スイッチ４個の代わりに、ＰＩＣのＲＢ４〜７に替わっただけですので、ＲＢ４〜７を順にＯＮ／ＯＦＦすれば良いと分かります。

スイッチの時と同じ表にすると、このようになります。

順番 RB4 (Ｘ) RB5 (Ｙ) RB6 (Ｘ) RB7 (Ｙ) １ １ ０ ０ ０ ２ ０ １ ０ ０ ３ ０ ０ １ ０ ４ ０ ０ ０ １ 以降、順番１から繰り返す。

０，１はＲＢ４〜７の状態

一定時間待ちながら、ＲＢ４〜７の設定値を変えていけばステッピングモータを回す事ができます。
一定時間はＴＭＲ０割り込みを使い、約２５ミリ秒としました。

プログラムはこちらです。

上の表から分かるように、これは１相励磁方式です。

続けて２相励磁方式も試して見ます。

順番 RB4 (Ｘ) RB5 (Ｙ) RB6 (Ｘ) RB7 (Ｙ) １ １ １ ０ ０ ２ ０ １ １ ０ ３ ０ ０ １ １ ４ １ ０ ０ １ 以降、順番１から繰り返す。

０，１はＲＢ４〜７の状態

プログラムはこちらです。

ステッピングモータ制御はＲＢ４−７で行いますが、順次変化させる方法が分かりづらいかも知れませんので簡単に説明します。

１相励磁の正転の場合、下の図のように、最初にＲＢ４だけ１をセットします。
後は、インターバル毎に１ビット左にシフト（RLF命令）させます。
この時、STATUSレジスタのＣビットが１なら４回分の処理完了ですので、ＲＢ４に１をセットします。
実際のプログラムは、ＰＯＲＴＢを直接変更せず、motor_dataと名付けたファイルレジスタを使っています。

１相励磁と２相励磁の違いは、初期処理でmotor_dataにセットする値を変えるだけです。

motor_data への設定値	励磁方式
010h	１相励磁
030h	２相励磁

これ以外は単純なプログラムですので詳細説明は省きます。

せっかくスイッチを付けましたので、回転方向とスピードをスイッチで変更できるようにしましょう。

スイッチを押した時の動作は次の通りです。

スイッチ	押下時の動作
sw1(RB0)	回転数を上げる
sw2(RB1)	回転数を下げる
sw3(RB2)	正転開始・停止	sw3とsw4を同時に押すと １相励磁／２相励磁を切り替える
sw4(RB3)	逆転開始・停止

プログラムはこちらです。

では、実際に動かして見ましょう。
特に、１相励磁と２相励磁のトルクの違いや、スピードによるトルクの違いを実感してみて下さい。

今回は表示系のパーツは付けませんでしたので、正転・逆転・停止以外のＰＩＣの状態を見る事はできませんが、 ＰＯＲＴＡは使っていませんので、必要でしたらＬＥＤなどを付けるのも良いと思います。

１．回転速度とトルク

回転速度，１相励磁と２相励磁の違いをいくつか試して見ました。
回転速度が速くなるとトルクは低くなり、ある程度になると動作不可になります。
励磁方式の違いは、２相励磁の方が圧倒的にトルクが強くなります。

TMR0割込み回数	1ステップの時間(mS)	1回転の時間(秒)	回転数(rpm)	動作状況
				１相励磁	２相励磁
２０	１６．３８	３．２８	１８．３	×　脱調しながら辛うじて回る	○　軸を非常に強くつまむと止まる
３０	２４．５８	４．９２	１２．２	○　軸をやや強くつまむと止まる	○　軸を強くつまんでも止められない
４０	３２．７７	６．５５	９．２	○　軸を強くつまんでも止められない	○　軸を強くつまんでも止められない

この表だけ見ると、１相励磁を使う必要が無いと思われますが、１相励磁のメリットもあります。

・消費電流が少ない

・振動が少ない

用途によって、どちらにするか、あるいは組み合わせるかを選択する事になります。

２．ステッピングモータの制御

今回は、ステッピングモータを「回す」事を主眼にしました。
興味があれば、一定の角度を回したり、加速・減速なども試すとおもしろいと思います。

９０度回して０度に戻すような事は難しく無いでしょう。
ですが、ロボットの関節として使うなら、電源ＯＮ時のステッピングモータの位置を知る必要があります。
その簡単な方法が思いつきませんでしたのでこれ以上は試しませんでした。
（光系であればフォトインタラプタであったり、メカ系であればマイクロスイッチなどが思い浮かびますが）