3.1.1 步进电机工作原理
步进电机工作原理：该设计中所用到的步进电机为四相六线步进电机，它是采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图2是该四相步进电机工作原理示意图。
图2
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍（单相激励）、双四拍（双向激励）与八拍工作（混合式激励）方式的电源通电时序与波形分别如图3中a、b、c所示。
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3.1.2 步进电机主要参数
⑴步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。
⑵拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用m表示，或指电机转过一个距角所需脉冲数。
⑶保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 ⑷步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 ⑸定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。 ⑹失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
⑺失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的⑻误差，采用细分驱动是不能解决的。
⑼运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线 。
3.2 主控制器部分
图4 3.3 驱动器部分
驱动部分采用74LS194芯片，作为步进电机的驱动器。具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 图5
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为其引脚图。
图5
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3.4 键盘部分
图6
图6为设计采用的独立键盘，接在单片机的开关口上，分别实现启动/停止，正转/反转，加速和减速功能。这种键盘结构简单，连线方便，但是没有物理去抖动功能，需要实现软件消抖。
4 系统软件设计
4.1系统流程图
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图7
4.2 软件说明
程序包含主函数，延时函数，按键扫描函数,电机驱动函数，电机采用双相激励方式，在电机驱动函数中，包含一个转向速度缓冲的功能模块，即当按下转向键后，步进电机先按原转动方向缓慢减速，然后向反方向缓慢加速到速度设定值，这样避免了在高速运动时直接转向会产生失步问题，并有可能造成电机的损坏。同时在缓冲过程中，LED指示灯灭，提醒用户此时按键无效，缓冲结束后，指示灯重新亮起。采用外中断方式读按键，这样不会造成由于处理驱动电机程序而导致按键操作无法响应。
5电路的调试
最先完成的脉冲发生电路，可以在示波器上看到完美的方波，占空比近于40%，理论值约为33.3%。
环形分配电路安装完毕后，我们进行调试，发现部分的LED灯并没有灭只是暗了。于是我们开始向前查线，发现时74LS138的输出端的电压在没给输入时电压并不是0，而是一个低电压，导致LED灯并没有完全暗下去，但实际原因并不清楚，只能重新连线，排除故障。
再次调试，单四拍双四拍都可以进行了，正传反转似乎也可以了。于是开始接入步进电机。再接入电机前，我对电机的四个相进行了测量，用的比较土的办法。就是用学生电源正极（5V）分别接电源的四个相，负极接公共端，观察步进电机的转动情况，进行排列组合，如果接第二个端时电机反转了，说明这个端比较上一个端应先通电，以此类推，找出电机的四个相的顺序，连接电路。
上电工作，经过调试，电机运转正常，正反转单拍四项八拍均能实现。转速也可以发生明显变化。
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步进电机控制电路的设计资料
