关于步进电机的应用已经涉及人们生活的方方面面，因此只有步进电机的控制性能更 加完善，才能达到人们对智能化控制的要求，于是有人提出了由单片机控制的步进电机[4]。 由于步进电机是通过输入脉冲信号加以控制，这也是步进电机与其他电机的最大不同点之 处，步进电机作为数字控制系统中的一个执行元件，其转速通过脉冲信号的频率决定，这 也是使步进电机与单片机十分贴合的原因。

2 硬件电路设计

本系统是基于单片机的步进电机的控制系统，采用 STC89C52 芯片作为本系统的处理 器。采用+5V 直流电源供电。驱动模块中，本设计采用的是 ULN2003 作为步进电机的驱动 芯片，由于单片机输出电流不足以带动步进电机运行，故需要驱动模块进行驱动。步进电 机运行状态（分正转、反转）和速度则是采用 LCD1602 液晶显示器进行显示，步进电机的 控制命令通过 5 个独立按键输入控制，这五个按键分别用于正转、反转、加速、减速、停 止。

本系统共包括 4 个功能模块，分别是系统控制电路模块、按键电路模块、显示电路模

块以及步进电机驱动模块。步进电机控制系统硬件结构图如图 2-1 所示。

图 2-1 步进电机控制系统硬件结构图

2。1 步进电机的简介

2。1。1 步进电机的分类

当前常用的步进电机类型按照它的基本构造来分类，可以分为三类，分别是混合式、 反应式、永磁式。

混合式：它的定子上有多相绕组，而且它的转子的材料是采用了永磁材料，混合式步 进电机通过在它的定子和转子上加上了多个小齿，这样的做法可以很好的提高步矩的精 度。它主要有这些优点，比如它的输出的力矩大，而且它有良好的动态性能，此外它走一 步的角度比较小，但混合式步进电机的结构复杂、而且成本相对于其他的电机是比较高的。

反应式步进电机，它的英文名称叫 Variable Reluctance,简称为 VR，它的定子上有 绕组，它的转子跟混合式步进电机有所不同，它采用的是软磁材料。反应式步进电机与混 合式步进电机相比，它的结构简单，成本相对而言也比较低，而且它的步距角小，可以达 到 1。2°，但是它的动态性能与混合式步进电机相比较的话，就差了很多，而且它的效率 比较低，发热的问题也比较大，这样就很难保证它的可靠性。。

永磁式步进电机：它的英文名称为 Permanent Magnet,简称为 PM，永磁式步进电机的 转子与混合式步进电机一样，都用的是永磁材料，而且它的定子的极数和转子的极数是一 样的。它与混合式步进电机都有一样好的动态性能，而且永磁式步进电机的输出力矩比较 大，这样它携带负载的能力就更强，但是永磁式步进电机与前两种步进电机相比较而言， 它的精度较差，步矩角一般为 7。5°或 15°，步距角比较大。文献综述

本设计中的步进电机的构造则是反应式，它的成本很低，步距角很小，因此其在工作 时产生的噪声也很小，长时间工作时，发热较为明显，在本设计时，仅以反应式步进电机 为例，遇到特定需求时，如要求精度高的情况，则可选用其他结构的步进电机。

2。1。2 步进电机的工作原理

电机的转子一般会采用永磁体材料，当给步进电机上电后，电流会流过定子绕组，然 后定子绕组会产生一个矢量磁场。步进电机的转子会被这个定子绕组产生的矢量磁场带动 一个角度，这样就能使转子的磁场方向与定子的磁场方向相一致。当给下一个相通电时， 定子的磁场随着旋转一个角度，产生的矢量磁场会带着转子旋转一个角度。每当给步进电 机输入一个电脉冲，步进电机就会转动一个角度，这个角度称之为步距角[5]。