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单片机是整个控制系统的核心，控制步进电机的脉冲信号由单片机产生和控制，程序要烧录在单片机中以实现其功能，系统电路的各个模块也基本以单片机为中心，与单片机上的引脚连接。
3.2.2 晶振电路
图5为晶振电路模块的接线图：该电路包括两个30pF的电容、一个12MHz的石英晶体。
图5 晶振电路图
晶振电路通过AT89S52单片机的XTAL1和XTAL2连接，可以在电路中产生时钟信号，如果它工作不稳定则会导致整个单片机中相关部分出现问题[8]。
3.2.3 键盘控制及蜂鸣器模块
图6为键盘控制模块及蜂鸣器模块的电路图：AT89S52单片机的P3.2-P3.6引脚分别与K1-K4按键及蜂鸣器电路连接。
图6 按键电路图
按键电路由4个按键构成，分别控制步进电机启停、加速、减速、转向。有按键按下时蜂鸣器短响一声。
3.2.4 ULN2003及步进电机模块
ULN2003的7B~4B接口分别与单片机的P1.0~P1.3口连接。单片机产生的脉冲信号经由P1口进入驱动器ULN2003放大，然后根据接口分别施加在步进电机的A、B、C、D四相上以驱动步进电机转动。单片机、ULN2003驱动器、步进电机模块的电路图如图7所示。
图7 步进电机接线图
步进电机采用4相6线式步进电机，电机的A、B、C、D四相与ULN2003驱动器连接，另外两个接口接电源。
3.2.5 LCD显示屏模块
本设计采用1602液晶显示屏显示步进电机的转向、转速状态。LCD显示模块电路图如图8所示。
图8 LCD显示模块电路图
1602液晶显示屏显示内容为16x2，即可以显示两行，每行16个字符。字符型1602通常有14条引脚，D1~D7是输入输出端，RS、RW、E是输入端，E为使能信号端，当E为1时读取信息，当E由1变为0时（即遇到下降沿）执行指令，当RS为0时LCD接受输入指令，当RS为1时LCD接受数据，当RW为0时LCD可接收指令或数据，当RW为1时从LCD读取信息[9]。
4. 软件设计
4.1 系统主流程图
图9为系统主流程图。
图9 系统主流程图
当系统启动时，首先对步进电机各端口初始化，然后设置LCD1602显示器的光标闪烁、位置、字体大小等，再将初始的速度转换成延时常数，高八位写入TH0，第八位写入TL0。然后循环读键盘和处理键盘子程序，等待中断。当K1按下时，TR0被置为1，T0定时器开始工作，系统转入键盘处理程序。
4.2 键盘处理流程图
步进电机的启停通过定时器T0控制，T0控制脉冲信号的输出。定时器T0由标志位TR0控制，当TR0=1时T0开启，系统产生脉冲信号，当TR0=0时T0关闭，脉冲信号停止产生[10]。步进电机的旋转方向通过标志位direction控制，当direction为1时，步进电机正转，direction为0时步进电机反转。步进电机的速度通过速度参数改变。
图10为键盘处理流程图。
图10 键盘处理子程序流程图
当系统接收到按键指令时，会自动处理按键子程序。当K1按下时，蜂鸣器短响一声，TR0取反，改变步进电机的启停状态；当K2按下时，蜂鸣器短响一声，步进电机转速减慢，速度等级增加一个等级；当K3按下时，蜂鸣器短响一声，步进电机转速加快，转速等级减少一个等级；当K4按下时，蜂鸣器短响一声，步进电机方向标志位direction取反，转向改变。
4.3 系统时序表
表1为步进电机单四拍工作方式下正转时P1口的时序表。
表1 步进电机正向转动时序表
步进数 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 代码
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