2.1.2方案选择
比较以上两方案可知，系统的工作原理是一致的，都是通过传感器感受光强变化并间接或直接将其转化成单片机能够识别的信号，通过单片机处理信号并进行判断，步进电机控制电路根据单片机传出的信号转动。不同的是选择的控制器，从单片机方面考虑，方案一所使用的传统的AT89C52单片机器件比方案二所使用的LM3S1138微控制器成本低，但是方案二集成8为A/D/处理模块，对于处理数模显得简单方便。经过试验，采用外接A/D模块的方案一，传感器采集数据电路处理较复杂，A/D模块后期程序编写遇到瓶颈，无法实现，于是改为选择采用LM3S1138微控制器的方案二，因为有经验借鉴，因此设计题目的要求得以方便实现。综合考虑，最后确定选择方案二。
系统组成及工作原理以单片机为控制核心，采用光强度检测电路测量，以光敏电阻传感器作为测量元件，构成光电测量模块。该系统可分为电源模块电路、光电测量电路、步进电机控制电路、单片机、A/D转换电路。选用的主要器件有:光敏电阻，LM3S1138微控制器，ULN2003步进电机驱动模块，步进电机等。
图2-1 系统设计框图
2.2硬件电路的设计
2.2.1 步进电机模块 驱动方法及主要参数：
驱动方式（4-1-2相驱动）
导线颜色 5红 4橙 3黄 2粉 1蓝
主要技术参数
电机型号 28BYJ-48 2.步进电机的主要特性：
1） 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止， 如果加入适当的脉冲信号， 就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。
2）28BYJ48是减速步进电机，减速比为1：64，步进角为5.625/64度。如果需要转动1圈，那么需要360/5.625*64=4096个脉冲信号。 3） 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 4）改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。
电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，电机示意图和各线圈通电顺序图如下图所示：
电压V 5 相数 4 步距角度 5.625/64 减速比 1:64 1 + - 2 + - - 3 + - 4 + - - 5 + - 6 + - - 7 + - 8 + -
步进电机原理图
相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过5.625度，四相四拍为0-1-2-3则称为通电一周，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如3-2-1-0将使电机同速反转。同理四相八拍的通电顺序为
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A（本设计用的是四相八拍）。通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原步颤动。 2.2.3电机驱动模块
本设计采用LM3S1138微控制器(晶振频率为12MHZ)对该四线八相制步进电机进行控制。通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过特定芯片驱动步进电机。本文选用ULN2003构成步进电机的驱动电路，ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成。
选择ULN2003A作为步进电机的驱动电路。其内部集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。
图如图2-7所示。ULN2003和LM3S1138微控制器构成的驱动电路如图2-8所示。
图2-7 ULN2003内部方框图
该电路的特点如下：ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 采用DIP—16 塑料封装。
输入低电平输出高电平，输入高电平输出低电平。
ULN2003A的输出结构是集电极开路的，所以要在输出端接一个上拉电阻，在输入低电平的时候输出才是高电平 本次课程设计使用的5线4相步进电28BYJ-48有VCC线 故不需接上拉电阻。
图2-8 ULN2003和LM3S1138微控制器构成的驱动电路
2.2.4检测模块：
3 图2-9 光敏电阻分布图
通过比较1、2和3、4两组电压的大小，实现竖直方向的转动，通过比较1、3和2、4两组电压的大小，实现水平方向的转动。
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