换程序将其转换为定时初始表。通过在不同的阶段调用相应的定时初值，就可控制电机的
运行。定时初值的计算是在定时中断外实现的，并不占用中断时间，保证电机的高速运行。

2.保证控制速度的精确性。要从一个速度准确达到另一个速度，就要建立一个校验

机制，以防超过或未达到所需速度。
(6)步进电机的换向控制
步进电机换向时，一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内在换向，以免产生较
大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方
向的第一个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求其有一定的脉冲宽度、脉冲序列的均匀
度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速一换向一加速 3 个过程。
步进电机有如下特点:

    ①步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，因此当它转一转后，没有累计

误差，具有良好的跟随性。

    ②由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常方便、廉价，也非常可

靠。同时，它也可以有角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。

    ③步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。
    ④速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得很大的转矩，因此

一般可以不用减速器而直接驱动负载。

    ⑤步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接用交流电源或直流电

源。

    ⑥步进电机自身的噪声和振动比较大，带惯性负载的能力强。
1.2 总体设计方框图
    总体设计方框图如图 2 所示。
1.3 设计原理分析
1.3.1 元器件介绍
(1)步进电机
  步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步

进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最
大特点是:它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，
而电机的转速由脉冲信号频率决定。

    步进电机分三种:永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)，步进电机又称为脉冲

电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动，反转和制动的执行

图 2 总体设计方框图

元件，其功用是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移，由于开环下就能实现

精确定位的特点，使其在工业控制领域获得了广泛应用。步进电机的运转是由电脉冲信号
控制的，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每个一个脉冲，步进电机就转动一个
角度(不距角)或前进、倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也
有人称步进电机为数字/角度转换器。

①四相步进电机的工作原理
      该设计采用了 20BY。型步进电机，该电机为四相步进电机，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，就能使步进电机转动。当某一
相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小

状态显示电路

89C51

单片机

复位电路

键盘控制电路

ULN2803

启动电路

步进电机

电源及时钟电路