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数控机床的精度，速度等加工性能的优劣很大程度上取决于机床运动控制系统的好坏。与此同时，作为一种该运动控制系统中的执行元件，步进电机具有结构简单性价比高的优势，使其在机床运动控制系统中得到了广泛的应用。
单片机作为上个世纪的发明，引领了微电子技术的发展，其体积小，功能强大的特点使其在嵌入式控制系统中得到了广泛的应用。如今，控制系统越来越向微型化和集成化的方向发展，手机，计算机等电子器件的出现和推广，就是很好的表现。
自动控制理论发展不足百年，但它所产生的影响和意义却是重大的，我们从农业化的社会步入工业化，又从工业化步入机械化，如今，我们的社会正在步入智能化和自动化，体现在工业领域就是各种自动化设备的研发和使用。本次设计的目的就是，通过设计自动控制系统，体会自动控制的原理方法，在比较中认识技术的发展对于人类社会发展的意义，从而坚定科技是第一生产力的信念。
1.2 国内外研究概况
机床最早不是中国人发明的，但并不妨碍我们积极努力赶超先进国家。2010年，中国在机床领域所创造的价值占全球机床总产值的31%左右。中国已经成为世界上生产机床最多的国家。
机床行业，生产、制造、销售各个方面非常地集中。从机床的发展水平来看，欧洲当今世界上机床技术发展最前沿的是欧洲[2]。
1.3 论文的主要研究内容
本篇论文在了解和学习了步进电机的工作原理及其结构的基础上，结合当前机床运动控制系统的发展情况，利用单片机作为控制核心，选用四相步进电机作为执行元件，设计出一个能够满足基本操作要求的运动控制系统，要求系统能够实现电机方向和速度的自动调节，设计包含两大方面的内容：硬件电路的实现，软件功能的编写[3]。其中，硬件电路设计部分共设计了三个不同功能的电路；软件设计主要设涉及电机正转、反转、停止的功能。
2. 步进电机与单片机简介
2.1 步进电机简介
如果电流或者电压不超载时，电机的运动只受到两个因素的影响，那就是电机输入的脉冲信号和脉冲数。当然，这也必须是在通过步进电机的电流或者电压的值不超过步进电机所能承受的最大值为前提的。与此同时，不论，步进电机上挂有多少负载，所挂负载的消耗功率有多大，步进电机都不会因此而改变自身的运行情况[4]。
2.1.1 步进电机的静态指标术语
（1）相数：步进电机通电后，就会产生的磁场，磁场产生的激磁对数叫做相数[3]。
（2）步距角
（3）拍数
（4）静转矩
（5）定位转矩：电机在断电时，自身的固定力矩。
2.1.2 步进电机动态指标及术语
（1）步距角精度
（2）失步：转子运转的步数和计算的步数不相同[5]。
（3）失调角：对比转子与定子齿轮轴线，它们所形成的空间夹角。
（4）最大空载起动频率
2.2 步进电机的工作原理
步进电机一步一步地转动，它接收总线传来的电脉冲信号，然后将其变换为电机的位移。步进电机能够转动多大的角位移量往往取决于输入脉冲数的数量，而步进电机的转速则与脉冲频率在数值上呈现出正比例关
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