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步进电机控制电路板设计方案
整体思路
步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电 机控制系统主要由步进控制器，功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制， 用软件代替上述步进控制器，使得线路简单，成本低，可靠性大大增加。软件编程可 灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。
本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO 口输出的时序方 波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片 ULN200W区动步进电机；同时，用4 个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。
系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括 AT89C5仰片
机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿 ULN2003
模块、数码显示（SM420361瞰码管）模块、测速模块（含霍尔片 UGN3020 6个 功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘 控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终 实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示 在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在 Keil软件环境下编辑
设计目的及系统功能
本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系 统。本系统采用AT89C5”乍为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转 动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在 LE四码管上。
图1-1总体设计框图
2硬件部分
步进电机
步进电机概述
步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实 际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功 率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用 途很广。
使用多相步进电动机，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲 信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分 配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定 频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压 波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适 合于微机控制。
步进电机的特性
步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这恰是计算机所擅长 处理的数据类型。从20世纪80年代开始开发出了专用的IC驱动电路，今天，在 打印机、磁盘器等的OA装置的位置控制中，步进电机都是不可缺少的组成部分之 一。总体上说，步进电机有如下优点：
.不需要反馈，控制简单。
.与微机的连接、速度控制（启停和反转）及驱动电路的设计比较简单。
.没有角累积误差。
.停止时也可保持转距。
.没有转向器等机械部分，不需要保养，故造价较低。
.即使没有传感器，也能精确定位。
.根樨给定的脉冲周期，能够以任意速度转动。
但是，这种电机也有自身的缺点：
.难以获得较大的转矩
.不宜用作高速转动
.在体积重量方面没有优势，能源利用率低。
.超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。

在本设计以常用的永磁式步进电机为例，用单片机控制步进电机。图 2-1是 CZ-2801型永磁步进电机的外形图，图2-2是该电机的接线图。
图2-1 CZ-2801型永磁步进电机外形图
图2-2 CZ-2801型永磁步进电机接线图
从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出， 这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。 将COM端标识为C,只要AC、BC或/AC、/BC,轮流加电就能驱动步进电机运转， 加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那么只要用开关元件（如三极 管），将A、B或/A、/B轮流接地。
不难设计出控制电路，因其工作电压为 12V,因此用一块开路输出达林顿驱
动器（这里用ULN2003关于ULN2003等在后面介绍）作为驱动，、 来控制各线圈的接通与切断。开机时， 、，、
（、）切换为低电平即可驱动步进电机运行。如果要改变 电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间。 改变转速，、
（、）轮流变低电平的时间即可达到要求，因为不会影响到其 他功能的实现，这个时间可以用延时来实现，。这里以定时的方式来实现。下面首 先计算一