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引言

国内控制器的研究起步较晚，运动控制技术为一门多学科交叉的技术，是一个以自

动控制理论和现代控制理论为基础，包括许多不同学科的技术领域。如电机技术、电力

电子技术、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等，运动控制技术是这

些技术的有机结合体。总体上来说，国内研究取得很大的进步，但无论从控制器还是从

控制软件上来看，与国外相比还是具有一定差距。

传统上由纯电路设计的步进电机控制和驱动电路一般较复杂，成本又高，而且一旦

成型就难于修改，可移植性差，难以适应一些智能化要求较高的场合。单片机的普及与

应用，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控

制器得以用软件实现，将会避免复杂电路的设设计，既降低了硬件成本又提高了控制的

灵活性、可靠性及多功能性。

本文主要介绍了步进电机的基本原理及AT89C51单片机的性能特点。设计主要研究

了一种基于AT89C51单片机和ULN2003驱动芯片的步进电机控制及驱动电路系统。该系统

可分为：控制模块、驱动模块、显示模块、人机交互模块四大部分。其中采用AT89C51

单片机作为控制模块的核心，利用单片机编程实现了对步进电机启动停止、正转反转、

加速减速等功能的基本控制。驱动模块由芯片ULN2003A驱动步进电机工作；显示部分由

七段LED共阴数码管组成；人机互换部分由相应的按键实现相应的功能。通过实际测试

表明本设计系统的性能优于传统步进电机控制器，具有结构简单、可靠性高、实用性强、

人机接口简单方便、性价比高等特点。

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目录

1设计原理及方案3

1.1设计原理3

1.2设计方案3

1.2.1方案一4

1.2.2方案二5

1.2.3方案比较及选择6

2设计实现7

2.1主要元器件介绍7

2.1.1四相六线步进电机的介绍7

2.1.2AT89C51单片机芯片介绍9

2.1.3ULN2003芯片介绍10

2.1.4LED七段数码管介绍10

2.2步进电机控制及驱动系统电路设计实现11

2.2.1硬件设计11

2.2.2软件设计14

3电路调试15

3.1软件的仿真15

3.2硬件电路的调试16

4数据分析及总结17

4.1测试数据及说明17

4.2总结18

参考文献19

附录20

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1设计原理及方案

1.1设计原理

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况

下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影

响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步

进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电

机来控制变的非常的简单。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在

常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路