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步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。电机将电能转换成机械能，步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。每个脉冲所产生的运动是精确的，并可重复，这就是步进电机为什么在定位应用中如此有效的原因。
通过电磁感应定律我们很容易知道激励一个线圈绕组将产生一个电磁场，分为北极和南极，见图4所示。定子产生的磁场使转子转动到与定子磁场对直。通过改变定子线圈的通电顺序可使电机转子产生连续的旋转运动。[20]
图3 激励线圈产生电磁场
2.2.4 步进电机的驱动系统
步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机驱动器。步进电机驱动系统的性能，除与电机本身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的优劣。典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成，见图5所示：
图4 典型的步进电机驱动系统
步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号，每发一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个步距角，即步进一步。步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率的高低。控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或逆时针旋转。
通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。步进电机驱动器一旦接收到来自控制器的方向信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。控制电路输出的信号功率很低，一般不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路会在出现短路、过载、过热等故障时，迅速停止驱动器和步进电机的运行，保证驱动器和步进电机不会损坏。[21]
3 单片机控制广告牌翻转电路总体设计
3.1 系统设计方案
3.1.1 系统方案分析
三面翻广告牌控制电路原理上是某种控制器对步进电机的控制，广告牌的机械结构图如图5所示：
图5 三面翻广告牌的机械结构
现具体介绍一下广告牌，由上图可以看出三面翻广告牌是由一级并排定位的三棱柱构成。三棱柱由特制铝型材制成，通过电机驱动所有的三棱柱围绕自身中心轴转动，利用三棱柱的三个侧面可形成三幅画面。三面翻广告牌的技术参数：
1、重量：每平方米20-25Kg
2、电源：电压220V 频率50Hz 电流≥0.54A 功率≥90W。
3、画面组合：三棱柱高8米，长度不限，三棱柱宽：132毫米，三棱柱缝隙：6-8毫米，外框宽：145毫米，外框厚：165毫米。
4、开关：由微电脑时控开关控制。每天最多可设6次开和6次关，并可按天和按周循环。
5、电机：日本原装松下同步低速电机。
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