步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，是較早使用的典型機(jī)電一體化元件組件 例如，在機(jī)械裝置中可以用絲杠把角度變成直線位移，也可以用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)螺旋電位器，調(diào)節(jié)電壓或電流，從而實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

　　步進(jìn)電機(jī)可以直接接收數(shù)字信號(hào)，不必進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使用起來非常方便，在閥門控制、數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成了步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)不可分割的兩大部分。本文介紹一種實(shí)用的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。

　　1 應(yīng)用器件簡介

　　1.1 pmm8713芯片

　　pmm8713是由日本sanyo(三洋)電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制用脈沖分配器(又稱邏輯轉(zhuǎn)換器)，為雙列直插式16腳單片cmos集成芯片。pmm8713既可以用于3相控制，又可以用于4相控制。勵(lì)磁有1相、2相和1-2相3種方式，通過電路設(shè)計(jì)可任選其中的一種激勵(lì)方式。此外，pmm8713還具有單時(shí)鐘或雙時(shí)鐘工作方式，帶有正反轉(zhuǎn)控制功能以及初始化復(fù)位功能，其內(nèi)部有時(shí)鐘選通、激勵(lì)方式控制、可逆環(huán)形計(jì)數(shù)、激勵(lì)方式判斷等電路。

　　因?yàn)閜mm8713所有輸入端均采用施密特整形電路，因此抗干擾能力強(qiáng)。輸出電流大于20 ma，可直接驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)。邏輯框圖如圖1所示。

　　1.2 lm331芯片

　　lm331是美國ns公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片。lm331可用作精密的頻率電壓(f/v)轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時(shí)間積分器以及其它相關(guān)的器件。lm331為雙列直插式8腳芯片，其邏輯框圖如圖2所示。

　　lm331內(nèi)部有輸入比較電路、定時(shí)比較電路、r-s觸發(fā)電路、復(fù)零晶體管、輸出驅(qū)動(dòng)管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)電路等。輸出管采用集電極開路形式，因此可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應(yīng)ttl、dtl和cmos等不同的邏輯電路。此外。lm331可采用單/雙電源供電，電壓范圍為4～40 v，輸出也高達(dá)40 v。

　　1.3 電壓-頻率變換

　　lm331外接電路簡單，只需接入幾個(gè)外部元件就可以方便地構(gòu)成電壓/頻率(v/f)或頻率/電壓(f/v)變換電路。本文選用lm331的電壓/頻率(v/f)轉(zhuǎn)換功能.結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　外接阻容rt、ct和內(nèi)部電路構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路。當(dāng)輸入端vi+輸入正電壓 時(shí)，vi+大于vi-，輸入比較器輸出高電平，r-s觸發(fā)器置位，輸出高電平使輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通，從而第3腳f0輸出邏輯低電平。同時(shí)，電流源ir對電容cl充電。由于復(fù)零晶體管的基極接在r-s觸發(fā)器的反相輸出端，因此，復(fù)零晶體管截止，電源vcc通過電阻rt對電容ct充電。當(dāng)uct大于2/3 vcc時(shí)，定時(shí)比較器輸入端(第5腳)為正，因而輸出邏輯高電平至r-s觸發(fā)器的復(fù)位端，使r-s觸發(fā)器復(fù)位。r-s觸發(fā)器正相輸出端輸出低電平使輸出驅(qū)動(dòng)管截止，vdd通過上拉電阻r0使lm331第3腳f0輸出邏輯高電平。此時(shí)，r-s觸發(fā)器反相輸出端輸出高電平使復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容ct通過復(fù)零晶體管對地放電。

　　電流開關(guān)打向左邊，電容cl通過電阻rl對地放電。當(dāng)電容cl放電電壓等于輸入比較器的正輸入端電壓vi時(shí)，輸入比較器再次輸出高電平，使r-s觸發(fā)器置位，輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通，f0輸出邏輯低電平。如此反復(fù)循環(huán)，從而在f0端輸出一定頻率的脈沖信號(hào)。根據(jù)電容上電荷平衡原理和相關(guān)電學(xué)知識(shí)，設(shè)電容的充電時(shí)間為t1，放電時(shí)間為t2。由c=q/u， i=q/t，q放=q充，可以得至i放t2=i充t1→t2ul/rl=(ir-ul/rl)t1→(t1+t2)= (irt1rl)/ul；又f=1/t，這里t=t1+t2，所以：

　　f0=1/(t1+t2)=ul/(irt1rl)

　　ul為電容c 兩端的電壓，因?yàn)閡l在大約10 mv的范圍內(nèi)波動(dòng)，因此，ul=vi，故：

　　f0=vi/(irt1rl) (1)

　　從(1)式可以看出，lm331的輸出頻率. f0與輸入電壓vi成正比，從而實(shí)現(xiàn)了輸入電壓和輸出頻率的變換。t1由外接的定時(shí)元件rt和ct決定，其關(guān)系為t1=1.1rtct，這樣可以依據(jù)設(shè)計(jì)電路的要求相應(yīng)地選取rt和ct的值。 由內(nèi)部精密電流源提供.ir=1.9 v/rs。式(1)可變?yōu)?/p>

　　f0= virs/(2.09rlrtct) (2)

　　輸入電阻ri使7腳偏流抵消6腳偏流的影響，從而減小了頻率偏差。rs為可調(diào)電阻，它的作用是調(diào)整lm331的增益偏差。ci為濾波電容，一般為0.01～0.1 uf，在濾波效果較好的情況下，可使用1uf的電容。當(dāng)6腳和7腳的rc時(shí)間常數(shù)匹配時(shí)，輸入電壓的階躍變化將引起輸出頻率的階躍變化。為了提高精度和穩(wěn)定度，阻容元件選用低溫度系數(shù)的器件。

　　2 驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)

　　驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。外接電阻rt和電容ct 、內(nèi)部定時(shí)比較器、復(fù)零晶體管、r-s觸發(fā)器等構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路。當(dāng)輸入端vi+輸入的電壓大于vi-輸入端的電壓時(shí)，f