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。

    一、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，即給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，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。

    二、設計方案

    本設計采用51單片機AT89C51（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據。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態時承受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進行控制，并用數碼管顯示電機的轉速，采用74LS164作為2位單個數碼管的顯示驅動。74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節約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發送數據。

圖1 51單片機控制步進電機線路圖

圖2 顯示電路圖

    三、預期目標

    將圖1圖2連接起來，使之實現：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 系統電路流程圖

    結束語

    設計的步進電機基本能實現預期目標，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不穩定情況，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。