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是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
一、步进电机的构造（以5相步进为例）
步进电机的构造主要采用图示的方式进行讲解：
步进构造上大致分为定子与转子两部分。 转子由转子 1、转子 2、磁钢等 3 部分构成。而且转子朝轴方向已经磁化，转子 1 为 n 极时，转子 2 则为 s 极。
定子拥有小齿状的磁极，共有 10个，皆绕有线圈。 其线圈的对角位置的磁极相互连接着，电流流通后，线圈即会被磁 化成同一极性。（例如某一线圈经由电流的流通后，对角线的磁极将 同化成 s 极或 n 极。） 对角线的 2个磁极形成 1个相，而由于有 a相至 e相等 5个相位，因此称为 5 相步进电动机。
系统构成图示
转子的外圈由 50个小齿构成，转子 1 和转子 2 的小齿于构造上互 相错开 1/2 螺距。由此转子形成了100个小齿。目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型，那么高分辨率型的转子就有200个小齿。因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要细分达到)的分辨率。
电动机构造图2∶与转轴成垂直方向的断面图
二、步进电机的运转原理。
实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系，在此说明如下。 首先解释励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。
● a相励磁
将 a 相励磁，会使得磁极磁化成 s 极，而其将与带有 n极磁性的 转子 1 的小齿互相吸引，并与带有s极磁性的转子 2 的小齿相斥， 于平衡后停止。此时，没有励磁的 b相磁极的小齿和带有 s极磁性 的转子 2 的小齿互相偏离 0.72°。以上是 a 相励磁时的定子和转子小齿的位置关系。
● b相励磁
其次由 a 相励磁转为 b 相励磁时，b 相磁极磁化成 n 极，与拥有 s极磁性的转子 2 互相吸引，而与拥有 n极磁性的转子 1 相斥。
也就是说，从 a 相励磁转换至 b 相励磁时，转子转动 0.72°。由此可知， 励磁相位随 a相→ b相→ c相→ d相→ e相→ a相依次转换，则步进电动机以每次 0.72°做正确的转动。同样的，希望作反方向转动时，只需将励磁顺序倒转，依照 a相→ e相→ d相→ c相→ b相→ a相励磁即可。
0.72°的高分辨率，是取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等即可正确的定位。下图就5相步进每次的位移量是0.72°进行更详细的说明:
由于组定子正好与转子相对应吸引。就势必会导致第二组定子与对应的转子相偏离（定子与转子齿距一样，但是各自所在的2个圆不一样大）。而这个偏离值正好是齿距的十分之一。因此普通5相步进的步距角为：360°/50齿/10=0.72°
高分辨率5相步进的步距角为：360°/100齿/10=0.36°
另外，就停止精度而言， 会影响的只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等而已，因此可获得 ±3 分（无负载时）的高停止精度。 实际上步进电动机是由驱动器来进行励磁相的转换，而励磁相的转换时机则是由输入驱动器的脉冲信号所进行。以上举的是 1相位励磁的例子，实际运转时，为有效利用线圈同时进行 4相或 5相励磁的。
三、步进电动机的特征
1、运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机
以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有、、运动板卡等等。
2、运转量与脉冲数的比例关系
3、运转速度与脉冲速度的比例关系
4、本身具有保持力
步进电机只有在通电状况下，才具备自我保持力。在停电状况下 ，自我保持力消失。
因此在升降设备传动时，务必使用附电磁刹车型步进电机。
四、结束语
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下就能使用。它必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、及计算机等许多知识。但是万丈高楼平地起，从步进电机的基础开始学习，无疑为将来的应用打好扎实的基础。
1、按信号的原理分：增量式编码器、式编码器、混合式编码器
1）增量式编码器
直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲a、b和z相；a、b两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的位置信息。
2） 式编码器
利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的。式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：
（1）可以直接读出角度坐标的值；
（2）没有累积误差；
（3）切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。
3）混合式值编码器
它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。
值编码器是一种直接编码和直接测量的检测装置。它能指示值位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丢失。常用的编码器有编码盘和编码尺，统称为码盘。从编码器的使用记数来分类，有二进制编码、二进制循环码（葛莱码）、二-十进制码等编码器。从结构原理分类，有接触式、光电式和电磁式等几种。
混合式值编码器就是把增量制码与制码同做在一块码盘上。在圆盘的外圈是高密度的增量条纹，中间有四个码道组成式的四位葛莱码，每1/4同心圆被葛莱码分割成16个等分段。该码盘的工作原理是三极记数：粗、中、精计数。码盘转的转数由对“一转脉冲”的计数表示。在一转以内的角度位置有葛莱码的4*16不同的数值表示。每1/4圆葛莱码的细分有外圆的增量码完成。
增量式光电编码器：测速，测转动方向，测移动角度、距离(相对)。
a：工作原理图
b：工作原理：
1）光电编码器的组成：一个中心有轴的光电码盘，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，获得四组正弦波信号组合：a、/a、b、/b ，每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度）用以判断旋转方向。码盘上有z相标志（参考机械零位），每转一圈输出一个z相脉冲以代表零位参考位。
2）由于a、b两相相差90度，可通过比较a相在前还是b相在前，以判别编码器的正转与反转，如果a相脉冲比b相脉冲超前则光电编码器为正转，否则为反转；通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
3）当脉冲数已固定，而需要提高分辨率时，可利用90°相位差a、b两路信号，对原脉冲数进行2倍频或4倍频。
4）轴的每圈转动，增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相差为90º。能使接收脉冲的设备接收轴的旋转感应信号， 因此可用来实现双向的定位控制；另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。
c：关于码盘
a）脉冲信号
1.a相
2.b相
3.z相
编码器的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
b)分辨率
编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。
c)机械转速和转速
机械转速
编码器的机械转速以每分钟大可以旋转多少圈表示——rpm。
电气转速
编码器的电气转速也称为开关频率，是读取每个脉冲信号的反应速度，以每秒多少次表示——hz。
1.大工作速度应同时兼顾编码器的机械转速、电气转速以及编码器后续接收设备的开关频率。
nmax=fmax×60/z；nmax：大转速；fmax：高响应频率；z：每转输出脉冲数
2.每秒钟光电编码器输出的脉冲个数：
n=电机的转速n×每转线数/60
例如，当电机的转速n=1000转/分，线数为600，则每秒钟光电编码器的脉冲个数应为
n=1000 × 600/60=10000（个）脉冲
若n=1转/分
则n=1 × 600/60 =10（个）
d)信号输出：正弦波（电流或电压）、方波（ttl、htl）、集电极开路（pnp、npn）、推拉式
其中：
ttl为长线差分驱动（对称a，/a；b，/b；z，/z）；
htl也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。
e)信号连接
连接设备：计数器、、计算机
连接方式：
1. 单相连接：
用于正反向计数和测速
2. a、b两相连接：
用于正反向计数、判断正反向和测速
3. a、b、z三相连接：
用于带参考位修正的位置测量。
1）plc和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。
2）三相连接：
由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减小，抗干扰佳，可传输较远的距离。
对于ttl的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。
对于htl的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。
