1.2步进电机的分类步进电机分为机械式、电磁式和组合式三类。电磁式步进电机又可分为反应式、永磁式和混合式三类。按相数又可分为单相、两相和多相三种。应用最广泛的是反应式和混合式步进电机。反应式步进电机（Variable Reluctant，简称VR）反应式步进电机的转子采用软磁材料制成，转子内没有绕组，结构简单，成本低，步距角可以做的很小，但动态性能差。反应式步进电机有单级和多级两种类型。永磁式步进电机，简称（permanent Magnet，简称PM）永磁式步进电机的转子采用永磁材料制成，转子本身就是一个磁源。转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般较大。 它输出转矩大，动态性能好，相对于反应式来说功耗小，但起动频率较低，需正负脉冲电源。混合式步进电机（Hybri，简称HB）混合式步进电机综合了反应式和永磁式两种类型的优点。混合式与传统反应式相比，在转子上增加了永磁体来提供软磁材料的工作点，而定子励磁只需要提供变化的磁场，而不需要提供磁性材料工作点的能量消耗。因此，电机效率高，电流小，发热量小。由于永磁体的存在，电机具有很强的反电动势，自身阻尼效果比较好，使得电机在运行过程中比较稳定，噪音小，低频振动小。
此电机最初设计为交流同步机，用于低速驱动，后来发现如果每相绕组通以脉冲电流，此电机也能做步进增量运动。由于可开环运行，控制系统比较简单，所以此电机在工业领域应用广泛。由于本设计的设计目的更注重整个系统的有机结合，因此只采用反应式步进电机。 系统软件设计 本系统的软件设计主要分为：系统初始化、按键、显示处理和控制脉冲输出。程序流程图的设计遵循自上而下的原则，即从主体到各个模块的过程逐渐细分。本程序主要由键盘程序、显示程序、步进电机驱动器四部分组成。主程序首先初始化各个变量，使显示器和指示灯消隐，步进电机驱动器各引脚输出高电平，然后进入待机状态，等待输入相应的操作。然后调用键盘程序并进行判断，如果有按键按下，则调用键盘处理程序。 流程图中详述了不同的处理方法，具体程序见附录。 2.1 系统软件主流程 主程序的工作主要是调用和组织各个子程序。系统上电后会进行必要的参数初始化，然后进入按键查询和等待操作。当有按键按下时，程序会调用相应的子程序运行。流程图如图 2-1 所示： 图 2-1 系统运行主流程 2.2 系统运行流程 系统初始化完成后，会进入待机状态，等待输入相应的操作。
相关操作说明如下：系统进入待机状态后，用户可以先设置转速，也可以先按“圈数”，通过键盘输入圈数值。圈数值输入完成后，需要按“OK”。本系统不允许电机在未设置圈数或转速的情况下运行。在设置好转速和圈数后，可以选择按“正转”或“反转”，电机正常运转。电机运转后，之前设置的数据将被清除，用户需要重新设置。在电机运行过程中，如果想紧急停止电机，可以按“急停”键，电机停止，不能再对电机进行其他操作。若要再次操作，需要重新启动系统。在执行每一步操作时，人机界面LCD实时显示，LED灯也提示各种状态，让用户一目了然。 2.3 系统描述主要资源分配 2.3.1 软件描述 FED_table[]={0xF1,0xF3,0xF2,0xF6,0xF4,0xFC,0xF8,0xF9}; 四相八拍反转码： REV_table[]={0xF9,0xF8,0xFC,0xF4,0xF6,0xF2,0xF3,0xF1}; 步进电机控制脉冲的输出频率受定时器0初值控制，即受溢出率影响，对应定时器初值为： TH0=(65536-2500)/256; TL0=(65536-2500)%256; 定时器工作模式为0，允许中断，中断优先级为0。
TMOD=1; 定时器0工作模式1 外部中断工作模式为0，中断优先级为外部中断0优先级。EX0=1;IT0=1;PX0=1; 步进电机控制系统及硬件设计 3.1 基于电子电路控制的普通步进电机控制系统 步进电机采用电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大都是靠电子元件的作用来实现的，由于脉冲控制信号的驱动能力一般较弱，因此需加功放驱动电路。将步进电机与控制电路、功放驱动电路集成在一起，组成步进电机驱动系统。这种控制电路设计简单，功能强大，可以实现一般步进电机的细分任务。此方案大都是通过一些大规模集成电路来控制其脉冲输出频率和脉冲输出个数，功能比较简单，如果需要改变控制方案则必须重新设计，因此灵活性不高。 基于单片机控制，采用单片机对步进电机进行控制，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器，实现对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线，直接控制步进电机各相的驱动电路。由于单片机功能强大，还可以设计大量的外围电路。利用键盘作为外部中断源，设置步进电机正转、反转、水平、停止等功能。显示器及时显示正转、反转、速度等状态。基于以上优点，本设计采用基于单片机的控制方案。3.2本系统的特点通过对其他步进电机控制系统的分析，结合设计目的，本文的控制系统采用单片机的控制方案。采用ATMEL公司的单片机AT89C51作为步进电机控制器的核心运算装置。
本系统设计要实现以下几个特点：1、系统硬件结构要简单，尽量降低成本。2、功能比较齐全，能实现步进电机的正反转、速度变速、圈数设定及控制显示功能。3、适应性强，一般只需要改变软件就能适应新的要求。4、电机的各种运行状态指示要一目了然，操作方便。5、系统抗干扰性和可靠性要高。3.3本系统的功能本设计想使本系统具备以下几个功能和要求：1、运行过程中可调节速度档位和设定圈数。2、LCD液晶实时显示。3、整个系统采用+5V低压供电。系统硬件设计硬件是整个系统的平台，各种功能的实现和软件的运行都是以硬件为基础的，硬件设计的合理性从根本上决定了整个系统的好坏。 因此本设计充分发挥单片机的优点，实现尽可能多的功能，使系统的成本尽可能的低廉、工作更加可靠、人机交互性更强，使整个系统真正发挥出实际的作用。4.1 系统组成本系统由电源、显示指示、单片机、按键电路、驱动电路等组成，其系统组成框图如图所示：系统组成框图4.2 系统核心AT89C514.2.1 AT89C51简介AT89C51是一种低电压、高性能CMOS 8位微处理器，内有4K字节闪速可编程可擦除只读存储器（FPEROM），俗称单片机。
AT89C51是一块带有2K字节闪存可编程可擦写只读存储器的单片机。单片机的可擦写只读存储器可反复擦写1000次。该器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储器制造技术制造，兼容工业标准的MCS-51指令集和输出引脚，支持C语言编程。由于在一块芯片中集成了多功能的8位CPU和闪存，ATMEL公司的AT89C51是一种高效的微控制器，AT89C51是它的精简版。AT89C51单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种高度灵活、廉价的解决方案。其外观及引脚排列如图所示
