步进电机是电动脉冲信号为角位移或线位移的开环步进电机控制元件块。步进电机对于其他种类电机的优势是在非超载的情况下,电机的运动状态如电动机转速、停止的位置非常稳定，可以完全在用户的掌控之中的，负载的变化，在恶劣环境下都不会对它产生影响，这取决于它的控制方式的与众不同。步进电机的转动圈数完全取决于给它脉冲的数量，它转动速度又完全取决于脉冲频率。只要给步进电机一个脉冲，就会驱动电机在旋转方向上转动一个固定的角度，称为“步进角”，旋转角度是固定的一步一步的操作。所以它的可操作性非常优越，但是步进电机的转动速度是比较慢的，随着科技的发展，这种缺点也在逐渐改善。

步进电动机是一种将脉冲信号变换成相对应的角线位移或者角位移的装置，是一种比较特别的电机。通俗的讲就是一当有脉冲信号输入时，步进电动机就会被驱动进而一步一步地转动，我们可以看出每给一个脉冲，步进电机就运转一定的角度。

步进电机的结构与一般电机结构十分类似，它除了托架外壳之外，就是转子与定子，比较特殊的地方是其转子和定子上有许多细小分布的齿。步进电机的转子是永久磁铁，线圈是绕在定子上的。

通常我们把步进电机的种类分为三类：即永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）。永磁式的步进电机通常是两相的，体积和转矩一般较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度；反应式的通常为三相，有较大的转矩，步进角一般为 1.5 度，但它的缺点也很突出，就是振动和噪声比较大。在欧美等发达国家80 年代已被淘汰；混合式的是指把永磁式和反应式的好处结合起来的步进电机。它可以分为两相的和五相的：两相的步进角一般为 1.8 度而五相的步进角一般为 0.72 度。像这种的步进电机，在我们的生活中应用是最广泛的。

步进电机的接线示意图如图2-1所示。

图2-1 步进电机接线示意图

2.2步进电机调速原理

当电流流过定子绕组时，定子绕组就会产生一磁场。这个磁场会使转子转动一定的角度，使转子的磁场方向和定子的磁场方向相同。当定子的磁场转动一个角度时，转子也会跟着这个磁场转动一个角度。通俗的讲就是每输入一个脉冲，相应的电动机转动一个角度也就是前进一步。从中可以得出它转动的角度大小与输入的脉冲个数成正比、转动的速度与频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

步进电机的励磁方式可分为半步励磁与全步励磁，其中全步励磁中有1相励磁和2相励磁，而半步励磁是1-2相励磁。

1相励磁法：在每一时刻定子上只有一个线圈通电。它的优点是耗电少，精确度高，缺点是它的转矩小，振动噪声大，每送一脉冲信号可走18°。正转顺序为A→B→C→D。

2相励磁法：在每一时刻定子上有2个线圈同时通电。它的优点是振动噪声小，转矩大，每送一个脉冲信号可走18°。正转顺序为AB→BC→CD→DA→AB.

1-2相励磁法：1相与2相轮流相继通电。它的优点是分辨率高，运转稳定，每送一个脉冲信号可走9°。正转顺序为A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A.

3 单片机步进电机控制系统的硬件设计

3.1系统总体结构设计

在本次设计中，我所采用的是四相反应式步进电机，采用单四拍运行方式，单片机选用了AT89C52作为控制器，还选用了ULN2003A来驱动步进电机。操作步骤是先按下启动开关开启电源，再按调速按钮就可控制转速等级，按下正反转开关可以调节转动方向，通过7段共阳数码管来显示转速等级和转动方向。文献综述