基于单片机的三相步进电机控制系统设计
单片机控制步进电机程序设计
单片机控制步进电机程序设计1.引言步进电机是一种常用的电机类型，其特点是精度高、稳定性好、速度可调。
在很多自动控制系统中，步进电机被广泛应用于位置控制、定位、打印机等领域。
本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并给出一个简单的步进电机程序设计示例。
2.步进电机简介步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机。
其优点包括：-分辨率高：每个步进电机的旋转角度可以非常小，可实现较高的位置精度。
-可控制性强：通过控制电压脉冲的频率和顺序，可以精确控制步进电机的转动方向和步数。
-响应快速：步进电机的响应速度较快，可达数千转每分钟。
3.单片机选型与连接在实现步进电机的控制过程中，我们选择了一款适用于步进电机控制的单片机。
这款单片机具有以下特点：-高效的运算能力和大容量存储空间，适用于复杂的控制算法。
-可编程性强，支持多种开发环境，开发过程相对简便。
-丰富的外设接口，方便与步进电机的连接和控制。
连接单片机与步进电机的基本电路如下所示：步进电机驱动引脚1--单片机引脚A步进电机驱动引脚2--单片机引脚B步进电机驱动引脚3--单片机引脚C步进电机驱动引脚4--单片机引脚D4.步进电机控制原理步进电机控制原理基于对步进电机驱动引脚输入电压脉冲信号的控制。
针对不同的步进电机类型，控制方式可以有所不同，常见的控制方式包括全步进控制和半步进控制。
4.1全步进控制全步进控制方式是将电流依次施加到步进电机的每个驱动相，使其按照一定顺序正转或反转。
控制步骤如下：1.给引脚A和引脚B施加电压，使电机顺时针转动一个步距。
2.给引脚B和引脚C施加电压，使电机顺时针转动一个步距。
3.给引脚C和引脚D施加电压，使电机顺时针转动一个步距。
4.给引脚D和引脚A施加电压，使电机顺时针转动一个步距。
4.2半步进控制半步进控制方式是在全步进控制的基础上，通过控制相邻两个相的电流互补关系，实现更细微的步距调整。
控制步骤如下：1.给引脚A施加电压，使电机顺时针转动半个步距。
基于单片机的步进电机控制的设计
基于单片机的步进电机控制的设计本文主要介绍了基于单片机的步进电机控制的设计，包括步进电机控制的基本原理、单片机控制步进电机的具体实现方法、实验结果以及未来展望等方面。
一、步进电机控制的基本原理步进电机是一种控制精度高、响应速度快、运动平稳、噪音低的电机，广泛应用于数控机床、自动化设备、印刷机、纺织机等领域。
步进电机的控制原理是通过向电机提供不同的脉冲序列控制电机转动的步距角度，实现电机旋转、逆旋转、定位等操作。
其中，步距角度是指电机每次接收到一组脉冲信号后转动的角度，它与电机的结构参数、电气参数等有关。
单片机控制步进电机可以采用两种方式，一种是直接控制步进电机，另一种是通过驱动芯片来控制步进电机。
下面介绍两种实现方法的具体步骤。
（一）直接控制步进电机步骤一：确定步进电机的电气参数，并根据电气参数确定所需的驱动电压和电流。
步骤二：连接步进电机到单片机的相应IO口，控制步进电机正、反转和步距角度。
步骤三：编写控制程序，实现步进电机的控制。
步进电机的控制程序主要包括以下几个方面：1.设定步进电机工作方式（正转、反转、定位等）。
2.设定步进电机步距角度，根据步距角度确定脉冲信号频率。
3.输出控制信号，使步进电机按设定的方式转动。
步骤二：设计电路板，将驱动芯片和步进电机连接起来。
步骤三：编写控制程序，通过单片机向驱动芯片发出脉冲信号，控制步进电机的转动。
具体控制程序的编写与直接控制步进电机的实现方法类似，主要是控制脉冲信号的频率和方向。
三、实验结果我们在实验室里搭建了一个步进电机控制系统，采用的是第二种实现方法，即通过驱动芯片来控制步进电机。
实验结果表明，该控制系统具有良好的控制精度和响应速度，可以实现步进电机的高速旋转、逆转和定位等操作。
四、未来展望随着工业自动化的不断推进和新一代技术的不断涌现，步进电机控制技术将会变得越来越重要。
未来，我们将进一步深入研究步进电机控制技术，探索新的控制方法和应用场景，为工业自动化领域的发展做出更大的贡献。
毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的步进电机控制系统
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计学生姓名：学号：专业：自动化班级：自动化06-3班指导教师：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。
具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。
本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。
硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。
软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。
关键词：步进电机控制系统；调速；单片机Based on AT89C51 Single-chip ComputerStepping Motor Control SystemAbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Computer目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 环形脉冲分配器 (8)2.3 续流电路 (12)2.3.1 二极管续流 (13)2.3.2 二极管—电阻续流 (14)2.4 步进电机驱动电路 (15)2.5 步进电机的变速控制 (17)2.5.1 变速控制的方法 (19)2.6 步进电机在自动生产线中的应用 (20)2.7 本章小结 (22)第三章控制系统硬件设计 (23)3.1 硬件系统设计原则 (23)3.2 控制系统组成 (23)3.3 主要元件的选择 (24)3.3.1 单片机的选择 (24)3.3.2 EPROM的选择 (25)3.3.3 可逆计数器的选择 (27)3.4 控制系统接口电路的设计 (27)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (27)3.4.2 显示电路设计 (29)3.4.3 外部复位电路设计 (30)3.5 控制系统整体电路设计 (31)3.6 本章小结 (31)第四章控制系统软件设计 (32)4.1 软件系统设计原则 (32)4.2 步进电机控制系统功能设计 (32)4.3 主程序设计 (33)4.3.1 主程序工作过程 (33)4.3.2 主程序工作流程图 (34)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (34)4.4 Proteus仿真 (37)4.5 显示程序设计 (39)4.6 键盘程序设计 (39)4.7 调速程序设计 (41)4.7.1 20BY步进电机参数 (41)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (41)4.8 本章小结 (42)第五章结束语 (43)参考文献 (44)附录 (46)附录A 系统程序（C） (46)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (59)附录C 控制系统电路图 (62)致谢 (63)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。
步进电机的单片机控制系统的设计
步进电机的单片机控制系统的设计一、本文概述随着工业自动化的快速发展，步进电机作为一种重要的执行元件，在精密控制、定位、速度调节等领域得到了广泛应用。
单片机作为一种集成度高、控制灵活、成本较低的微控制器，成为了步进电机控制的核心。
本文将详细介绍步进电机的单片机控制系统的设计，包括系统的硬件组成、软件设计以及实现的功能。
通过本文的学习，读者将能够掌握步进电机控制的基本原理和方法，了解单片机在步进电机控制中的应用，为实际工程应用提供理论支持和实践指导。
本文将首先介绍步进电机的基本工作原理和分类，以及单片机控制系统的总体设计方案。
接着，详细阐述硬件设计中的关键问题，包括步进电机的驱动电路、单片机的选型与外围电路设计等。
在软件设计部分，将介绍步进电机的控制算法、程序流程以及关键代码的实现。
通过实例分析，展示单片机控制系统在步进电机控制中的实际应用效果。
本文旨在为从事工业自动化、电机控制、单片机应用等领域的读者提供一份全面、实用的参考资料，同时也为相关领域的研究人员和工程师提供有益的借鉴和启示。
二、步进电机的工作原理步进电机是一种特殊的电机，其旋转角度是离散的，而不是连续的。
步进电机的旋转角度由输入到电机的脉冲数量决定，因此，步进电机也被称为脉冲电机。
步进电机的主要特点是可以实现精确的角度控制，因此在许多需要高精度定位的应用中得到了广泛应用。
步进电机的工作原理基于电磁效应。
电机内部通常包含多个电磁线圈，每个线圈对应一个特定的磁极。
当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场会与电机内部的永磁体相互作用，使电机转动。
通过改变电流的方向和顺序，可以控制电机的转动方向和角度。
步进电机的转动通常被分为几个步骤，每个步骤对应一个脉冲信号。
例如，一个四相步进电机通常会被分为四个步骤，每个步骤对应一个90度的旋转。
当电机接收到一个脉冲信号时，它会转动到下一个步骤，从而实现精确的角度控制。
为了实现步进电机的精确控制，需要使用单片机等控制器来生成脉冲信号。
基于51单片机的步进电机控制系统设计
基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。
本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。
一、硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。
1.51单片机选择由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。
本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。
2.外部电源步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。
电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。
3.步进电机驱动模块步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。
常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。
4.其他辅助电路为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。
这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。
二、软件设计1.系统初始化系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。
根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。
2.步进电机驱动程序步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。
脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。
脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。
3.运动控制算法步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。
4.其他功能设计根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。
基于51单片机的步进电机控制系统设计与实现
步进电机工作原理
步进电机是一种基于磁场的控制系统，工作原理是当电流通过定子绕组时，会 产生一个磁场，该磁场会吸引转子铁芯到相应的位置，从而产生一定的角位移。 步进电机的角位移量与输入的脉冲数量成正比，因此，通过控制输入的脉冲数 量和频率，可以实现精确的角位移和速度控制。同时，步进电机具有较高的分 辨率和灵敏度，可以满足各种高精度应用场景的需求。
二、系统设计
1、硬件设计
本系统主要包括51单片机、步进电机、驱动器、按键和LED显示等部分。其中， 51单片机负责接收按键输入并控制步进电机的运动；步进电机用于驱动负载运 动；驱动器负责将51单片机的输出信号放大，以驱动步进电机。LED显示用于 显示当前步进电机的状态。
2、软件设计
软件部分主要包括按键处理、步进电机控制和LED显示等模块。按键处理模块 负责接收用户输入，并根据输入控制步进电机的运动；步进电机控制模块根据 按键输入和当前步进电机的状态，计算出步进电机下一步的运动状态；LED显 示模块则负责实时更新LED显示。
三、系统实现
1、按键输入的实现
为了实现按键输入，我们需要在主程序中定义按键处理函数。当按键被按下时， 函数将读取按键的值，并将其存储在全局变量中。这样，主程序可以根据按键 的值来控制步进电机的转动。
2、显示输出的实现
为了实现显示输出，我们需要使用单片机的输出口来控制显示模块的输入。在 中断服务程序中，我们根据设定的值来更新显示模块的输出，以反映步进电机 的实时转动状态。
基于单片机的步进电机控制系统需要硬件部分主要包括单片机、步进电机、驱 动器、按键和显示模块等。其中，单片机作为系统的核心，负责处理按键输入、 控制步进电机转动以及显示输出等功能。步进电机选用四相八拍步进电机，驱 动器选择适合该电机的驱动器，按键用于输入设定值，显示模块用于显示当前 步进电机的转动状态。
基于单片机的步进电机运动控制系统设计
3、电路连接
单片机的P2.0端口与ULN2003的输入端口连接，控制ULN2003的开关状态；单 片机的P2.1端口与ULN2003的接地端口连接，控制ULN2003的电流方向；单片 机的P2.2端口与步进电机的A相连接，控制步进电机的旋转方向；单片机的 P2.3端口与步进电机的B相连接，控制步进电机的旋转方向；单片机的P2.4端 口与步进电机的C相连接，控制步进电机的旋转方向。
2、步进电机驱动程序
在单片机中，可以通过调用定时器中断函数来实现对步进电机的控制。具体来 说，可以在定时器中断函数中依次输出控制A相、B相、C相的脉冲信号，以实 现步进电机的旋转。例如，在定时器中断函数中，可以先输出一个脉冲信号给 A相，然后延时一段时间后输出一个脉冲信号给B相，再延时一段时间后输出一 个脉冲信号给C相。这样就可以实现步进电机的顺时针旋转。如果需要实现逆 时针旋转，则可以改变输出脉冲的顺序即可。
实验验证
为了验证本次演示所设计的基于单片机的步进电机运动控制系统的有效性和可 信度，我们进行了一系列实验。实验中，我们编写了控制程序，并将程序下载 到AT89C51单片机中。通过按键电路手动控制步进电机的运动，同时观察LED 显示屏上显示的运动状态、速度和位置等信息。实验结果表明，该系统能够实 现对步进电机的稳定控制，并且响应速度快，控制精度高。
4、基础设施建设。国家应该加强医疗卫生基础设施的建设，包括医疗设备、 医疗人才、医疗技术等方面的建设。同时，应该加强医疗卫生服务的信息化建 设，提高医疗卫生服务的效率和质量。
5、医疗卫生服务体系。国家应该建立一套完善的医疗卫生服务体系，包括医 疗服务、预防保健、健康教育等方面。同时，应该加强对医疗卫生服务的监管 和管理，确保医疗服务的质量和安全。
基于单片机的步进电机运动控 制系统设计
基于单片机的步进电机的控制器设计
基于单片机的步进电机的控制器设计在现代工业自动化和控制领域中，步进电机因其精确的定位和可控的旋转角度而得到了广泛的应用。
而设计一个高效、稳定且易于操作的基于单片机的步进电机控制器则成为了实现精确控制的关键。
一、步进电机的工作原理要设计步进电机的控制器，首先需要了解步进电机的工作原理。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制电机。
它由定子和转子组成，定子上有若干个磁极，磁极上绕有绕组。
当给定子绕组依次通电时，产生的磁场会驱动转子按照一定的方向和步距角转动。
步距角是指每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度。
步距角的大小取决于电机的结构和控制方式。
常见的步距角有 18°、09°等。
通过控制输入电脉冲的频率和数量，可以精确地控制步进电机的转速和转角。
二、单片机的选择在设计控制器时，单片机的选择至关重要。
常见的单片机如 51 系列、STM32 系列等都可以用于控制步进电机。
51 系列单片机价格低廉，开发简单，但性能相对较低；STM32 系列单片机性能强大，资源丰富，但开发难度相对较大。
考虑到控制的精度和复杂程度，我们可以选择STM32 系列单片机。
例如，STM32F103 具有较高的处理速度和丰富的外设接口，能够满足步进电机控制器的需求。
三、控制器的硬件设计硬件设计主要包括单片机最小系统、驱动电路、电源电路等部分。
单片机最小系统是控制器的核心，包括单片机芯片、时钟电路、复位电路等。
STM32F103 的最小系统通常需要外部晶振提供时钟信号，以及合适的复位电路保证单片机的可靠启动。
驱动电路用于放大单片机输出的控制信号，以驱动步进电机工作。
常见的驱动芯片有 ULN2003、A4988 等。
以 A4988 为例，它可以接收来自单片机的脉冲和方向信号，并输出相应的电流来驱动步进电机。
电源电路则为整个系统提供稳定的电源。
通常需要将外部输入的电源进行降压、稳压处理，以满足单片机和驱动电路的工作电压要求。
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电气与电子工程学院单片机原理及应用课程设计报告课题名称专业班级学号学生姓名指导教师评分2016年06月20日至06月24日目录摘要 (3)1设计任务 (4)2方案 (6)2.1 设计思路与方案 (6)2.2总体设计框图 (6)3系统实现的原理说明 (7)3.1 步进电机控制工作原理 (7)3.1.1步进电机的工作原理 (7)3.1.2 步进电机的启停控制 (7)3.1.3 步进电机的转向控制 (9)3.2步数显示模块原理 (10)4硬件设计 (11)4.1系统总原理图 (11)4.2各部分硬件原理图设计 (11)4.2.1 单片机控制模块 (11)4.2.2按键选择工作状态模块 (12)4.2.3步进电机工作模块 (13)4.2.4工作状态显示模块 (14)4.2.5 4位数码管显示步数模块 (14)5软件设计 (15)5.1系统总体设计 (15)5.2步进电机工作模块 (17)5.2.1步进电机的工作方式说明 (17)5.2.2设计说明及流程图 (18)5.3数码管步数显示模块 (19)6仿真调试记录 (21)7心得体会 (22)参考文献 (22)附录：程序清单 (23)摘要本设计详细介绍了基于单片机的三相步进电机控制系统。
步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，因此，单片机通过向步进电机发送控制信号就能实现对步进电机的控制。
单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，该系统采用80C51单片机作为主控芯片，来完成对步进电机转动及LED显示的控制。
本设计主要由单片机80C51，3相步进电机，7段数码管，及一些其他相关元件设计而成，分为按键选择工作状态模块、步进电机工作模块、LED二极管显示工作状态模块以及4位数码管显示步数模块。
可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式。
运转时，用4位7段数码管来输出步数。
最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。
电路结构简单，设计思路清晰，同时利用Proteus进行联调仿真，结果比较直观。
仿真结果收到了预期的效果。
关键字：三相步进电机、单片机、PROTEUS仿真1设计任务（一）设计三相反应式步进电动机脉冲分配器，接收脉冲输入，要求三相单三拍、三相六拍运行方式控制（电平），正反转控制（电平）。
系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制；用4位LED数码管显示工作步数。
用3个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮；（二）任务分析步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制,并将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器，每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。
由于受脉冲的控制,其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比。
三相反应式步进电动机结构如图1.8所示。
电机定子有六个磁极，相对的磁极为同一绕组励磁，整个电机有三个绕组，按Y形接法接线。
转自为软磁材料，无绕组。
若绕组通电顺序为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-…，则电动机逆时针转动；若绕组通电顺序为Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-…，则电动机顺时针转动。
此种控制方式称为三相单三拍方式。
若通电顺序为Ⅰ-ⅠⅡ-Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ-ⅢⅠ-…（逆时针），称为三相六拍方式。
步进电机控制装置发出运行方式、旋转方向和旋转角度（步数），前两项一般由电平表示，后一项用脉冲个数表示。
脉冲分配器根据步进电机控制装置发来的命令（电平信号和脉冲）使步进电机按照要求的工作方式、旋转方向及步数旋转。
步进电机磁极的旋转有速率限制，如果过快，电动机会出现失步现象（转自跟不上磁极的旋转），特别是在电动机的起停阶段，要求有脉冲速率限制措施。
（三）系统硬件原理图（四）系统软件设计为防止输入脉冲频率过快导致电动机失步，可将输入脉冲在单片机缓存，之后在进行脉冲分配，分配时注意脉冲速率。
脉冲输入模块在每个输入脉冲到来时，将缓存单元进行加1计数；脉冲分配模块时刻扫描缓存单元，当缓存单元不为零时，使步进电机旋转一步，之后缓存单元减1，减到0时停止分配脉冲。
为使三相电平同时变化，程序中应予以考虑。
非同步分配脉冲可能导致电机错转。
为使电动机以最快速度运行，脉冲分配速率应按照梯形曲线分配，如图1.10所示。
图示的含义是：开始时（零转速）脉冲分配要慢，当电动机旋转起来后，脉冲速率逐渐加快，并达到最高速率；当要停止时，也不可马上停止，必须先降低脉冲速率，最后降到零，电动机停转。
图1.10 脉冲速率分配单片机方向控制脉冲输入方式控制功率放大12V时间图1.9 硬件原理框图2方案2.1 设计思路与方案本次设计是一个对于三相步进电机的控制系统，而单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，此系统选用51单片机即可。
根据要求整个设计大体可分为四块：一是5个按键K0~K4将用户所需来选择步进电机的工作状态。
我们将开关连入单片机的P1口，通过按键开关的高低电平状态来读入我们所需的控制信号。
硬件上直接把开关分别接在单片机的接口上，通过查询端口信号来动作，将控制信号处理。
在设计开关部分时，还考虑到机械抖动的影响，采取硬件方式—并联电容来去抖。
二是3个LED发光二极管的显示步进电机工作状态模块。
在设计要求中步进电机正转是红灯亮，反转是黄灯亮，停止不转是绿灯亮。
设计中将3个发光二极管分别接到单片机P3口，受到单片机的输出信号控制。
三是步进电机的工作模块。
要想步进电机按照我们想要的方式运转，将步进电机一端接到+12V的电源，一端接到单片机P3口，受单片机的输出信号控制。
四是4位数码管显示步数的模块。
设计中主要是利用软件编程的算法来实现步数的累计和显示，同样，4位数码管接到单片机的P0口和P2口受单片机输出信号的控制，在硬件上使用的是动态显示的接法。
由此可知所需要设计一个系统，可以通过不同按键来选择步进电机的工作方式，且有LED发光二极管来显示电机对应的工作状态，除此之外还能在数码管上显示出步进电机转动的步数。
2.2总体设计框图此系统主要由单片机、步进电机、步数显示模块、工作状态控制与显示模块组成。
整体框图如图1。
图1 系统整体框图3系统实现的原理说明3.1 步进电机控制工作原理3.1.1步进电机的工作原理步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。
由于通电顺序不同，其运行方式有三相单三相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种（注意：上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。
“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电）。
1.2.1三相单三拍运行方式：下页图所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果图（a）所示。
第二个脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图（b）所示，与图（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。
第三个脉冲到来后，是C相绕组通电，而 A、B相不通电，这时转子的1、3齿会与C组对齐，转子的位置如图（c)所示，与图（b)比较，又逆时针转过了一个角度。
图1.1 反应式步进电机工作原理图当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相--B相--C相--A 相……的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。
如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相--C相--B相--A相，转子转动方向即改为顺时针方向。
单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到B相通电，步进电动机的转子转过一个角度，称为一步。
这时转子转过的角度是30度。
步进电动机每一步转过的角度称为步距角。
1.2.2三相双三拍运行方式三相双三拍运行方式：每次都有两个绕组通电，通电方式是AB--BC--CA--AB……，如果通电顺序改为AB--CA--BC--AB……则步进电机反转。
双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度1.2.3三相单，双六拍运行方式：三相六拍分配方式就是每个周期内有六个通电状态。
这六中通电状态的顺序可以使A--AB--B--BC--C--CA--A……或者A-- CA--C--BC--B--AB--A……六拍通电方式中，有一个时刻两个绕组同时通电，这时转子齿的位置将位于通电的两相的中间位置。
在三相六拍分配方式下，转子每一步转过的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。
单三拍运行的突出问题是每次只有一相绕组通电，在转换过程中，一相绕组断电，另一相绕组通电，容易发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，容易在平衡位置附近震荡，故用的较少。
双三拍运行的特点是每次都有两相绕组通电，且在转换过程中始终有一相绕组保持通电状态，因此工作稳定，且步距角与单三拍相同。
六拍运行方式转换时始终有一相绕组通电，且步距角较小，故工作稳定性好，但电源较复杂，实际应用较多。
3.1.2 步进电机的启停控制步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。
为了使电机转动平滑 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。
在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。
3.1.3 步进电机的转向控制如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。
若步进电机的励磁方式为三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA。
如果按反序通电换相 ,即则电机就反转。
其他方式情况类似。
3.2步数显示模块原理步数显示模块和工作状态显示模块，都是通过单片机输出信号控制发光二极管LED的亮灭。
其中步数显示模块中LED构成数码管，要求显示4位十进制数，故用到4位数码管。
要控制多位的显示电路，需要有字段控制和字位控制。
控制方式分为静态显示方式和动态显示方式。
静态显示方式，每一位的显示器都需要配一个8位输出口来输出该字位的七段码，需要片外扩展输出口。
而动态显示方式将各数码管的对应字段的引脚都并联在一起，线路简单，减少接口，不需片外扩展。
这里选用动态显示方式。
4硬件设计4.1系统总原理图图3 系统总原理图根据设计要求用PROTEUS所做的硬件连线图如图3。
4.2各部分硬件原理图设计4.2.1 单片机控制模块单片机选用最经典的80C51，其4个I/O口都要用到， P3接步进电机驱动电路及工作状态显示模块，P0和P2分别接步数显示中对数码管的字段控制及数码管片选，P1接工作状态控制电路,，时钟用内部方式需外接晶体振荡器。