步進電機可分為反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動作靈敏、開回路控制不必依賴傳感器定位、中低速時具備高轉矩、高信賴性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應用。

　　步進電機的工作原理

　　步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，它的的驅動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產生。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的。控制步進電機的轉向，即給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，若按反序通電換相，則電機就反轉。控制步進電機的速度，即給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步，兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

　　設計方案

　　本設計采用51單片機AT89C51(＄3.7500)（晶振頻率為12MHZ）對四相六線制步進電機（內阻33歐，步進1.8度，額定電壓12V）進行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經過芯片ULN2003(＄0.1200)驅動步進電機。ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN 達林頓管組成。ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。通過ULN2003構成步進電機的驅動電路，電路圖如圖1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機的狀態(tài)進行控制，并用數(shù)碼管顯示電機的轉速，采用74LS164作為2位單個數(shù)碼管的顯示驅動。74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約I/O口資源。其電路圖如圖2所示。通過51的TXD和RXD口對CLK和DATA發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　圖1 51單片機控制步進電機線路圖

　　圖2 顯示電路圖

　　預期目標

　　將圖1圖2連接起來，使之實現(xiàn)：按下啟動鍵，電機旋轉，按下加1鍵，速度增加，按下減1鍵，速度降低，最高速度為100轉/分，最低速度為25轉/分，按下停止鍵，電機停轉。速度值在數(shù)碼管上顯示出來。綜合以上選取的方案，總的流程如圖3所示。

　　圖3 系統(tǒng)電路流程圖

　　設計的步進電機基本能實現(xiàn)預期目標，經過調試和修改，但還是存在問題，比如按開關的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，轉速有時比較亂，顯示有時也有些不理想，后面的工作就是在軟件和硬件等方面進行修改，以完全達到預期目標。