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基于51单片机的步进电机控制系统设计中文摘要步进电机是一种受脉冲信号控制，并且能将脉冲信号转化为相应的角位移或者线位移的数字电动机。
由于步进电机具有步距误差不积累、运行可靠、结构简单、惯性小、成本低等优点，因此，被广泛使用于计算机外围电路、自动化控制装置以及其他的数字控制装置中，如打印机、钟表、数模转换设备等装置中。
随着科学技术的快速发展，相应的控制系统也产生了很多种类，步进电机的身影在众多领域中可以看到。
其中采用单片机作为控制核心的控制系统，由于其电路简单、成本低、可靠性强等优点，满足众多领域的需求，得到了大量的运用。
因此，研究基于单片机的步进电机控制系统，具有重要的现实意义。
本设计研究的是基于51单片机对步进电机的控制系统。
通过单片机的I/O端口输出时序方波作为控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动芯片驱动步进电机进行不同的指令进行工作。
根据不同的需要，通过按键电路来控制步进电机的启停、正反转和加减速等功能，并在数码管上实时显示步进电机的工作状态。
本文给出了电路各个模块的电路图，并用Proteus的ISIS软件对控制系统的各个功能进行了仿真，并给出了相应的仿真结果图像。
关键词：单片机；步进电机；电机驱动；控制系统AbstractStepper motor controlled by a pulse signal, and a pulse signal can be converted to the corresponding angular displacement or linear displacement of the digital motor. As the stepper motor has a step error does not accumulate, reliable, simple structure, small inertia, low cost, and therefore, are widely used in computer peripheral circuits, automatic control devices and other digital control devices, such as printers, watches and clocks , digital to analog conversion equipment, and other devices. With the rapid development of science and technology, the corresponding control system also produced many types of stepper motor figure can be seen in many areas. Which uses microcontroller as the control of the control system, because of its simple circuit, low cost, high reliability, etc., to meet the needs of many fields, we get a lot of use. Therefore, based on single-chip stepper motor control system has important practical design study is 51 single-chip stepper motor control system. As a control signal, the signal through the chip ULN2003 stepper motor drive to work through the microcontroller I / O port output timing square wave. Depending on the need, through the key circuit to control the start and stop, reversing and ramp functions such as stepper motors, stepper motors in real-time display and digital working condition. In this paper, the circuit diagram of each module, and with the ISIS Proteus software for each function control system simulation, and the simulation results are given corresponding image.Key words: microcontroller; stepper motor; motor drive; control system目录中文摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)步进电机及其发展过程 (1)步进电机在我国的应用及前景 (2)本设计的研究内容 (2)步进电机的性能指标及工作原理 (3)步进电机的特点 (3)步进电机的种类 (4)步进电机的主要性能指标 (4)步进电机的工作原理 (6)步进电机控制系统的原理 (7)2 总体方案设计 (9)设计思路的选择 (9)单片机芯片的选择 (11)驱动电机芯片的选择 (12)显示电路的选择 (12)步进电机的选择 (13)3 控制系统的硬件电路设计 (14)键盘控制电路 (14)单片机最小系统电路 (15)数码管显示电路 (16)步进电机的驱动电路 (17)步进电机的其他电路 (18)4 控制系统的软件设计 (19)主程序流程图 (19)读按键子程序流程图 (20)按键处理子程序流程图 (21)电机控制中断程序流程图 (22)5 仿真与测试 (24)仿真软件介绍 (24)仿真的操作步骤 (24)电路板的焊接 (25)电路板的测试 (25)6 结论与展望 (27)致谢 (29)参考文献 (30)附录：系统总体电路图 (31)系统仿真原理图 (31)PCB打印图 (32)原件清单 (32)程序 (33)1 绪论步进电机及其发展过程步进电机是一种受脉冲信号控制，并且能将脉冲信号转化为相应的角位移或者线位移的数字电动机。
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院计算机控制技术课程设计报告基于MCS51单片机控制系统设计单位（二级学院）： xxxxx学生姓名： xxxx专业：自动化班级： xxxxx学号： xxxxxx指导教师： xxxx设计时间： 2012 年 6 月重庆邮电学院自动化学院制摘要 (3)第1章本次设计的基本要求 (4)1.1基本要求 (4)第2章方案的论证 (4)2.1 控制方式的确定 (4)2.2 驱动方式的确定 (5)2.3 驱动电路的选择 (5)2.4 基本方案的确定 (6)第3章硬件电路的设计 (7)3.1 单片机的选择 (7)3.1.1 单片机的引脚功能 (7)3.1.2 主要特性： (8)3.2 步进电机的选择 (9)3.3驱动电路的选择 (10)3.4 显示电路与键盘的选择 (11)3.5 反馈电路的选择 (13)3.5.1光电编码器原理 (13)3.5.2步进电机测速原理 (14)3.5.3闭环PID控制原理 (14)第4章算法的设计： (15)4.1步进电机控制算法 (15)4.2 步进电机转速测量算法 (15)4.3 PID 控制算法 (15)4.3.1 位置式PID的控制算法 (16)4.3.2 增量式PID的控制算法 (16)第5章实验结果 (18)第6章问题总结 (20)6.1复位电路： (20)6.2数码管驱动： (20)6.3独立键盘： (21)6.4步进电机算法整定： (21)6.5焊接电路图： (22)第7章参考文献 (23)附录一分工表 (24)附录二：系统PCB图 (25)附录三：电路原理图 (26)附录四：仿真原理图 (27)附件五：元器件封装规格 (28)附录六：源程序 (29)摘要步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过AT89C51完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。
实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。
整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制，操作方便，节省成本。
目录第1章总体设计方案 (1)1.1设计原理 (1)1.2设计思路 (1)1.3实验环境 (2)第2章详细设计方案 (3)2.1硬件电路设计 (3)2.2主程序设计 (4)2.3功能模块的设计与实现 (5)第3章结果测试及分析 (8)3.1结果测试 (8)3.2结果分析 (8)参考文献 (9)附录A (10)附录B（电路原理图） (15)附录C （元件列表） (16)第1章总体设计方案1.1 设计原理根据课程设计任务书的内容与要求，要实现步进电机的工作过程，步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。
首先要给步进电机送入脉冲信号来启动，然后在已经设定好的步进电机的正反转及三种节拍工作方式中切换，步进电机的三种节拍工作方式分别为单四拍、双四拍、单双八拍。
步进电机的驱动需要时钟脉冲信号，改变单片机输出脉冲信号来实现的。
改变各脉冲的先后顺序，可以改变电机的旋转方向和工作方式。
步进电机工作方式的转换则通过键盘控制，可以进行启动、停止、正转、反转及三种节拍工作方式的选择。
键盘的控制是在程序中已经给给每个键设置相应的功能，扫描键盘判断是否有键按下，若有，则执行与之对应的功能；若没有键按下，则保持正在运行的状态不变。
1.2 设计思路采用C语言程序设计的方法结合硬件电路设计方法，利用Lab6000实验箱上已有芯片来实现步进电机的工作（包括正转、反转、单四拍、双四拍、单双八拍的节拍工作方式）。
1）提出方案首先，实现步进电机的启动与停止；其次，实现步进电机的正反转；再次，实现在正转时可选择三种节拍工作方式；最后，实现在反转时可选择三种节拍工作方式。
2）方案论证P1口接步进电机的A~D口，键盘接通片选信号，扫描键盘，由于本程序设定固定按键为功能键，所以扫描键盘时，将使用到的按键的相应列扫描码设置为低电平，如果有键按下，74LS374输出的低电平经过按键被接到74LS245的端口上，这样从74LS245读回的数据就会有低位，根据74LS374输出的列信号和74LS245读回的行信号，就可以判断哪个键被按下。
课程设计报告设计题目：遥控小车——基于51单片机的步进电机调速系统学院：专业：班级：学号：姓名：电子邮件：时间：成绩：指导教师：华南农业大学理学院应用物理系课程设计（报告）任务书学生姓名指导教师职称学生学号专业电子信息科学与技术题目基于51单片机的步进电机调速系统（遥控小车）任务与要求1. 设计并制作电路，利用单片计控制步进电机运转。
2. 通过键盘可以不间断地设定改变电机的转速、转向。
3. 利用显示器实时显示转速等参数。
4. 扩展功能：可设定转动步数。
开始日期2014 年3 月完成日期2014 年3 月1引言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
目前，步进机已经广泛应用于领域，例如工业生产中的机械臂的控制，照明装置和监控摄像机转动等。
步进机在装置转动、精确位移方面有很重大的作用。
本系统是基于STC89C51 单片机的遥控小车。
采用STC89C51单片机作为控制核心，通过ULN2003A驱动步进机（28BYJ-48）转动，由按键和显示屏1602组成人机交互模块，同时通过315M无线发射和接收模块向单片机输入控制信号，将整个系统固定于简易小车上，最终实现小车测试和远程遥控功能。
基本达到预定的设计要求以及功能的扩展。
2系统的设计与理论分析2.1系统总体设计2.2理论分析本设计分为两种工作模式：测试模式、遥控模式。
在电路板上有一个带锁的开关进行设置。
测试模式工作时，通过控制小车上的按键进行加速、减速、反转、设置、步数增、步数减等按键，单片机扫描按键，通过软件控制液晶模块显示对应的转速、设置的速度和步数，同时控制步进机模块进行相应的转动。
步进机的是由ULN2003A达林顿管驱动，由单片机控制输入脉冲的频率来控制步进机的转速，单片机是通过程序查表对4个I/O口输出脉冲，本次设计采用的是两相四线减速步进机，步进角为5.625°，减速比为64:1，程序采用的是8拍查表，具有较好的扭矩。
遥控模式工作时，遥控部分五个按键分别输入前、后、左、右、暂停，单片机扫描按键，通过无线发射模块发射串行编码，小车的无线接收模块接收对应的编码，送至单片机进行解码，从而控制液晶模块的显示和步进机模块的工作，进而完成功能。
摘要本设计中首先介绍了步进电机的工作原理、控制特点和运行状态，然后给出了步进电机的单片机控制系统的总体设计方案。
在这个控制系统中，单片机选用AT89C51，其作为控制核心，担负着产生脉冲，发送、接受控制命令等任务；脉冲分配采用硬件方法，由8713接收到单片机的控制信号后产生相应的控制脉冲，避免了软件法在不停地产生脉冲时占用的时间；采用单电压驱动的方法驱动电机带动负载运行；利用键盘、显示专用芯片8279能够以较简单的硬件电路和较少的软件开销实现微型机与键盘和LED显示器接口。
本设计最后详细介绍了硬件部分和软件部分的实现方法。
关键词：单片机；步进电机；速度控制;ZLG7290;显示器AbstractThe design introduces the working principle of stepper motor, control features and operations, and then gives the stepper motor microcontroller control system design programs. In this control system, the SCM selecting AT89C51, the control center of the shoulder produces pulses, sending, receiving control commands and other tasks; pulse distribution method using hardware from the 8713 chip control signals received resulting from the corresponding control pulse, to avoid software method to generate pulses in constant time occupied; adopt a single voltage-driven approach drive motor to drive the load operation; use of keyboard, display 8279 can be dedicated to simple hardware and less software overhead to achieve keyboard and LED display interface. Finally introduce the hardware and software implementation methods in detail.Key words: SCM; stepper motor; speed control；ZLG7290;display；目录摘要 (I)Abstract.................................................... I I 第一章绪论. (1)1.1步进电机概述 (1)1.2课题研究的主要容 (2)1.2.1研究容 (2)1.2.2论文安排 (2)第二章步进电机控制系统设计方案 (3)2.1步进电机的系统 (3)2.2步进电机的失步现象 (5)2.3步进电机控制系统的组成 (6)2.4系统的控制过程 (7)第三章步进电机控制系统硬件部分 (9)3.1硬件电路图 (9)3.2采用51系列单片机AT89C51作为控制器 (10)3.2.1 AT89C51的主要性能 (10)3.2.2 AT89C51引脚功能说明 (10)3.3步进电机的驱动电路 (15)3.4 LED显示电路 (16)3.4.1 LED显示器的结构原理 (16)3.4.2 LED显示接口 (18)3.5可编程键盘/显示控制器ZLG7290电路工作原理 (19)3.5.1 ZLG7290概述 (19)3.5.2管脚、引线与功能 (21)3.5.3 ZLG7290键盘、显示接口电路设计 (23)3.6脉冲分配 (26)第四章步进电机控制系统软件部分 (30)4.1定时器中断服务 (30)4.1.1定时器初值 (30)4.1.2定时器中断服务子程序 (31)4.2 速度控制 (31)第五章总结 (35)致 (36)参考文献 (37)附录 (38)第一章绪论本章将简要介绍步进电机的发展过程、步进电机在日常生活中的广泛应用、步进电机作为数字控制电动机的主要特点以及本次研究的主要容和论文安排。
基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。
本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。
一、硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。
1.51单片机选择由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。
本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。
2.外部电源步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。
电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。
3.步进电机驱动模块步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。
常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。
4.其他辅助电路为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。
这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。
二、软件设计1.系统初始化系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。
根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。
2.步进电机驱动程序步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。
脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。
脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。
3.运动控制算法步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。
4.其他功能设计根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。
1步进电机设计模块1.1步进电机的基本工作原理及选型步进电机有三线式、五线式和六线式，但是其控制方式均相同，都要以脉冲信号电流来驱动，假设每转动一圈要200个脉冲信号来励磁，可以计算出每个励磁信号能使步进电机前进1.8°，其旋转的角度与脉冲的个数成正比。
因为六线式四相步进电机控制简单，步进精确，因此我们选用六线式四相步进电机进行设计。
他的控制等效电路如图1.1所示，他有四条励磁信号引线A,A*,B,B*, 通过控制这四条引线上的励磁脉冲产生的时刻，即可控制步进电机的转动，每出现一个脉冲信号，步进电机只走一步，因此，只要依照顺序不断地送出脉冲信号，步进电机就能实现连续转动。
A1A2B1B2A1A2红红黑B1B2绿绿白(a)等效电路(b)绕组说明图1.1步进电机的控制等效电路1.2励磁方式选择步进电机的励磁方式主要分为全步励磁和半步励磁两种，其中全步励磁又有一相励磁和二相励磁之分：半步励磁又称一-二相励磁。
1.2.1一相励磁在每一瞬间，步进电机只有一个线圈导通。
每送出一个励磁信号，步进电机旋转1.8°，这是三种励磁方式中最简单的一种。
其特点是：精确度好、消耗电力小，但输出转矩小，震动较大。
1.2.2二相励磁在每一瞬间，步进电机有两个线圈同时导通。
每送一个励磁信号，步进电机旋转1.8°。
其特点是：输出转矩大，振动小。
1.2.3一-二相励磁为一相励磁与二相励磁交替导通的方式。
每送一个励磁信号，步进电机旋转0.9°。
其特点是：分辨率高，运转平滑。
1.2.4 小结本次设计中，步进电机的工作任务是带动载物台做精确的水平移动，综合考虑各种励磁方式的优点与缺点，最终选择一-二相励磁方式，励磁顺序见表1.1。
励磁顺序说明：1-2-3-4-5-6-7-8-11.3步进电机的驱动步进电机的驱动可以选用专用的点击驱动模块，如L298，FT5754等，这类驱动模块接口简单，操作方便，它们既可以驱动步进电机，也可驱动直流电机。
摘要步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛地用于工业机械的数字控制。
为使系统的可靠性，通用性，可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电动机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电动机的开环控制系统。
控制系统通过单片机存储器、I/O口、中断、键盘、LED显示器的扩展，步进电动机的环形分配器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计。
实现了四相步进电动机的正反转、急停等功能。
为实现单片机控制步进电动机系统在数控机床上的特殊应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电动机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动。
关键词：8051单片机；四相步进电动机；控制Realizes based on single chip microcomputer 51 the stepping motor the control systemABSTRACTThe stepping motor is a precision electromechanical incremental actuator.It widely uses the digital approach for control of industrial machines.For dependable,in general use that make system,can support sex an sex price ratio superior,divide the line according to control system funcion request and a function for entering electricmotor applying environment,making sure designing system hardware with softwares, from but realizes to base on single chip microcomputer 8051 of four mutually the step enters the dynamoelectric opening the wreath the control the system.The control system passes the single saving maching,I/O in a machine, break off,the keyboard, the display of LED expands, a wreah for entering elecreic motor form assigns the machine,drive and the design of its protection electric circuit, man-machine connection electric circuit,interrupt system and reset circuit, single-voltage driver circuit and so on,realizes four mutually the step enters the electric motor positive and negative to turn, nasty stop to wait the function.For realizing single chip microcomputer control a special application for entering electric motor system in severalth contorling machine bed, the system designed two exteriors breaks off,toing realize a the step enters electric motor is in a certain time of again and again positive and negative turn the function, also count namely the knife that control the machine bed is automatic to enter to the sport.KEYWORD：single chip microcomputer 8051；four-phase stepper motor ；control第一章绪论1.1 课题背景当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
单片机课程设计报告步进电机控制学院:电气学院班级:电气0904:王浩学号:3090501097一．设计任务了解步进电机的原理，设计一套以51单片机为核心的步进电机控制器，步进电机采用四相四拍或四相八拍工作方式，键盘和显示器采用实验室试验箱。
了解十六只键组成的键盘（用于输入）及六只LED构成的显示器（用于显示）的原理，分别设计他们的程序，在电脑上进行仿真。
具体要求1、从键盘上输入正、反转命令，转速参数（16级）和转动步数显示在LED显示器上。
2、显示器上显示：第一位为0表示正转，为1表示反转；第二位0~F为转速等级，第三到第六位设定步数。
3、单片机依显示器上显示的正、反转命令，转速级数和转动步数进行相应动作，转动步数减为零时停止转动。
二．工作原理1、步进电机基本原理如图,当有一相绕组被通电激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短路径流向负相齿，为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。
那么,通过对它每相线圈中电流的顺序切换可使电机作步进式旋转。
相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
拍数：指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:对应一个脉冲信号电机转子转过的角位移. 步距角=360/(转子齿数*拍数)2、LED显示器原理LED显示器由七条发光二极管组成显示字段，有的还带有一个小数点。
将七段发光二极管阴极连在一起，称为共阴极接法，当某个字段的阳极为高电平时，对应的字段就点亮。
共阳极接法是将LED的所有阳极并联后接到+5v上，当某一字段的阴极为0时，对应的字段就点亮。
3、键盘接口原理键盘实际上是又排列成矩阵形式的一系列按键开关组成，用户通过键盘可以向CPU输入数据、地址和命令。
本设计采用8155接口芯片构成的4*8键盘的接口电路，其中A口为输出，作为列线；C口为输入，作为行线。
南京XX大学指导老师：张X课程设计基于51单片机的步进电机控制机械电子工程学院测控技术与仪器XXXXXXxx2012年1年4日步进电机控制系统［摘要］本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。
步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。
利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。
实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。
关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803一步进电机与驱动电路1.1 什么是步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：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（及步进角）。
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；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
1.2 步进电机的种类步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。
永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
1.3 步进电机的特点1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合；3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；4．整机结构简单传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。
1.4 步进电机的原理图1是一种四相可变磁阻型的步进电机结构示意图。
这种电机定子上有八个凸齿，每一个齿上有一个线圈。
线圈绕组的连接方式，是对称齿上的两个线圈进行反相连接，如图中所示。
八个齿构成四对，所以称为四相步进电机。
图1它的工作过程是这样的：当有一相绕组被激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。
为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被强迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。
在图1(a)中A相是被激励，转子上大箭头所指向的那个齿，与正向的A齿对准。
从这个位置再对B相进行激励，如图1中的(b)，转子向反时针转过15°。
若是D相被激励，如图1中的(c)，则转子为顺时针转过15°。
下一步是C相被激励。
因为C相有两种可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。
一种为反时针转动；另一种为顺时针转动。
但每步都使转子转动15°。
电机步长(步距角)是步进电机的主要性能指标之一，不同的应用场合，对步长大小的要求不同。
改变控制绕组数(相数)或极数(转子齿数)，可以改变步长的大小。
它们之间的相互关系，可由下式计算：Lθ＝360 P×N式中：Lθ为步长；P为相数；N为转子齿数。
在图1中，步长为15°，表示电机转一圈需要24步。
1.5 步进电机的驱动混和步进电机的工作原理在实际应用中，最流行的还是混和型的步进电机。
但工作原理与图1所示的可变磁阻型同步电机相同。
但结构上稍有不同。
例如它的转子嵌有永磁铁。
激励磁通平行于X轴。
一般来说，这类电机具有四相绕组，有八个独立的引线终端，如图2a所示。
或者接成两个三端形式，如图2b所示。
每相用双极性晶体管驱动，并且连接的极性要正确。
图3所示的电路为四相混和型步进电机晶体管驱动电路的基本方式。
它的驱动电压是固定的。
表1列出了全部步进开关的逻辑时序。
步数Q1Q2Q3Q41101021001301014011051010表1二方案设计与论证2.1键盘设计该系统中只运用到三个控制按钮，即“正反”，“换挡”，“启停”，由于按钮较少，所以采用独立键电路，这种按键电路的按键结构相对行列式按键电路更简单，更使人易懂。
2.2显示电路设计如图2.31，采用LED数码管动态显示数据与个项参数，方法简单，容易控制，成本低。
设计如下图123714U 1A456U 1B 8910U 1C111213U 1DR 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9Q 1Q 2Q 3Q 4G NDG NDG ND5VD 1D 2D 3D 432184U 2A567U 2BR V15V5VG NDA IN /AINB IN /BINC OMG ND+12VA OU T/AO U TB OU T /BO U T图2.312.4驱动电路设计驱动电路可分为：三极管直接驱动（图3），采用斩波恒流驱动方式（图2.41）和芯片驱动电路等。
驱动电路的性能直接关系到步进电机走步的准确与稳定。
本电路采用驱动芯片ULN2803。
ULN2803是一种大电流高电压型器件，外电路简单（图2.42）。
图2.41图2.42P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07P25 P26P27AT89C51 StcP24IN 1IN 2IN 3 IN 4OUT 4OUT 3 OUT 2 OUT 1 ULN2803 a b f c g d e [LED1] a a b b c f d c e g f d ge a bf cg d e ab fc gde h [LED2] [LED3] [LED4]h h h h三电路设计3.1、设计要点和软硬环境1、步进电机的设计要点和软硬件环境步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。
即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。
步进电机的控制可以用硬件，也可以用软件通过单片机实现。
硬件方法是采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制；而软件方法是用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方法可简化电路，降低成本。
在用软件控制时，主要设计要点如下：●判断旋转方向；●按相序确定控制字；●按顺序输入控制字；●确定控制步数和每一步的延时时间。
由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作。
控制框图如下图所示：（2）、相关参数设定：这里采用四相六线步进电机，这款步进电机的驱动电压12V，步进角为 7.5度 . 一圈360 度 , 需要 48 个脉冲完成。
其相序A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。
所以其正转控制脉冲为：01h,09h,08h,0ch,04h,06h,02h,03h,00h；反转控制脉冲为：01h,03h,02h,06h,04h,0ch,08h,09h,00h。
单片机的晶振为12MHZ；（3）、系统电路图：一、单片机最小系统的硬件原理接线图：1、接电源：VCC（PIN40）、GND（PIN20）。
加接退耦电容0.1uF2、接晶体：X1（PIN18）、X2（PIN19）。
注意标出晶体频率（选用12MHz），还有辅助电容20pF3、接复位：RES（PIN9）。
接上电复位电路，以及手动复位电路，分析复位工作原理4、接配置：EA（PIN31）。
说明原因。
二、单片机内部I/O部件：(所为学习单片机，实际上就是编程控制以下I/O部件，完成指定任务)1、四个8位通用I/O端口，对应引脚P0、P1、P2和P3；2、两个16位定时计数器；（TMOD，TCON，TL0，TH0，TL1，TH1）3、一个串行通信接口；（SCON，SBUF）4、一个中断控制器；（IE，IP）根据以上的方案比较与论证确定总体方案，确定硬件原理图。
原理图如下：图103.2主要器件资料AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
·与MCS-51 兼容·4K字节可编程FLASH存储器·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路·寿命：1000写/擦循环ULN2803步进电机控制器ULN2803是一种大电流型高电压器件 ,步进电机控制器。
内部电路如图11图11四系统软件设计4.1程序流程图4.1图4.14.2程序设计根据要求，可以将程序分为以下几个部份： （1） 键盘输入程序设计 本系统使用的键盘较少，因此采用独立式键盘接口设计。
独立式键盘适用于按键数量较少的场合。
独立键盘工作原理：通过上拉电阻接到+5V 上。
无按键，处于高电平状态，有键按下电平为低。
在消除抖动影响上是可以采用了软件消抖方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时子程序后（约5ms ），再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。
（2） 步进电机运行步数控制程序此方案采用单相和双相交差通电处理方式。
此方法具有运行速度稳定，运行步数准确无误等优点。
第五章调试总结5.1操作控制：本电路经调试符合题目要求，各项技术指标均达到设计的目的。
具体操作控制方法如下：1、当电机启停按钮时，步进电机根据制定默认状态开始转动；2、当电机再启停按钮时，步进电机停止转动；3、当电机换挡按钮时，步进电机速度快速转动；4、当电机再换挡按钮时，步进电机速度缓慢转动；5、当电机正反按钮时，步进电机反转；6、当电机再正反按钮时，步进电机正转；5.2 设计过程中遇到的主要问题以及解决办法1、仿真时数码管显示有闪烁，在程序中多加上几次display（）函数即可。
