步進電機是一種無刷電機，可將電脈沖轉換為機械旋轉。顧名思義，它根據輸入脈沖逐步旋轉，是現代數字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件。

步進電機相比其他電機來說，一般具有5個比較明顯的特征：

第一，可實現精細，正確的定位

第二，可通過脈沖信號簡單控制

第三，體積小型，高轉矩

第四，可自行保持停止位置

第五，可進行大慣性負載

廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、消費電子應用。簡而言之，用于任何需要精確旋轉或定位對象的地方。

在單片機領域應用比較廣泛，在此和大家分享一個小項目。

- 操作 -

步進電機內部線圈原理圖：

步進電機通常具有多個勵磁線圈(相)和一個帶齒轉子。電機的步長由相數和轉子上的齒數決定。步長是轉子一步的角位移。比如一個步進電機有 4 相 50 個齒，則轉一圈需要 50×4=200 步。因此步距角為 360/200=1.8°。

本次使用的步進電機有 4 極和一個 1/64 減速齒輪機構，用于增加扭矩。電機的步距角為 5.64°。但在考慮減速齒輪，輸出軸的步距角為5.64/64°。

將步進電機按照電路圖連接到 8051 的P1.0、P1.1、P1.2 和 P1.3 引腳分別用于控制步進電機的 A1、A2、A3 和 A4 相。ULN2003 用于驅動步進電機的各個相位。

ULN2003 是一種達林頓晶體管陣列，用于驅動繼電器和電機等大電流負載。ULN2003 有 8 個單獨的通道，每個通道的容量為 1A，通道可以并聯以增加電流容量。每個通道都配有單獨的續(xù)流二極管，通道通過提供邏輯低電平來激活。例如，我們將 ULN2003 的引腳 1 設為低電平，則步進電機的 A1 接通。

程序設計

按照上圖的引線順序，按時序循環(huán)給A1、A2、A3、A4相應的控制。 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一-個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。

1、特點

1)當步進電機接收到一定順序的脈沖時，它就會根據脈沖的控制時序進行順時針和逆時針的轉動，

脈沖的順序決定了步進電機旋轉的方向，脈沖的個數決定了步進電機轉動的角度，脈沖的頻率決定了步進電機的轉速;

2)有脈沖時步進電機就會轉動一定角度，沒有脈沖時它就會保持當前位置;

3)步進電機具有快速啟動和快速停止的特性;

4)當負載在一定范圍內時，步進電機的轉速與負載無關;

5)步進電機的轉動方向很容易地通過反方向給脈沖時序來改變。

步進電機工作原理

步進電機通過輸入脈沖信號進行控制，即電機的總轉動角度由輸入脈沖總數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅動電路是根據單片機產生的控制信號進行工作。因此，單片機通過向步進電機驅動電路發(fā)送控制信號就 能實現對步進電機的控制。 如圖 1 所示，開始時，開關 SB 接通電源，SA、SC、SD 斷開，B 相磁極和轉子 0、3 號齒對齊，同時，轉子的 1. 4 號齒就和 C、D 相繞組磁極產生錯齒，2、5 號齒就和 D、A 相繞組磁極產生錯齒。 當開關 sc 接通電源，SB、SA、SD 斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 1.4 號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，1. 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。而 0、3號齒和 A、B 相繞組產生錯齒，2、5 號齒就和 A、D 相繞組磁極產生錯齒。依次類推，A. B、C、D 四相繞組輪流供電，則轉子會沿著 A. B、C、D 方向轉動。

四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。

圖1 步進電機工作原理

步進電機工作模塊

本次設計中采用四相單拍工作方式，在這種工作方式下,A、B、C、D 三相輪流通電,電流切換三次,磁場旋轉一周,轉 子向前轉過一個齒距角。因此這種通電方式叫做四相單四拍工作方式。

298N 是一種雙H橋電機驅動芯片，其中每個H橋可以提供2A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5-48v，邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。一般情況下，功率部分的電壓應大于6V否則芯片可能不能正常工作。它可以用來控制直流電機，也可以控制步進電機。

(2)步進電機簡介

步進電機又稱為脈沖電機，基于最基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產生電磁轉矩。由于步進電機是一個可以把電脈沖轉換成機械運動的裝置，具有很好的數據控制特性，因此，計算機成為步進電機的理想驅動源， 隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，軟硬件結合的控制方式成為了主流，即通過程序產生控制脈沖，驅動硬件電路。單片機通過軟件來控制步進電機， 更好地挖掘出了電機的潛力。在不超載的情況下電機的轉速和停止位置只取決于脈沖信號的頻率和數量;并且步進電機的脈沖與步進旋轉的角度成正比，脈沖的頻率與步進的轉速成正比，所以可以很好的從源頭控制信號的輸出;且步進電機只有周期性的誤差，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。下面是步進電機的拆解圖：

本設計就是使用proteus仿真軟件對步進電機的控制進行簡單的仿真，幫助大家了解和入門步進電機。當然如果想要更好的控制電機還是需要別的控制算法，這里先不做介紹。

(3) LCD1602液晶顯示器

LCD1602液晶顯示器曾經是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏(LCD)、控制驅動主電路HD44780及其擴展驅動電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結構件等裝配在PCB板上而組成。不同廠家生產的LCD1602芯片可能有所不同，但使用方法都是一樣的。為了降低成本，絕大多數制造商都直接將裸片做到板子上。不多目前這種液晶性價比并不好，使用的越來越少了。

二、設計目標

使用51單片機控制步進電機的正反轉，加減速。設置有三個按鍵，通過按鍵控制步進電機的正反轉和加減速等。同時設計有LCD1602液晶顯示器，通過LCD1602可以顯示步進電機的狀態(tài)，包括方向、啟停，檔位等。