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(duì)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)镻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(duì)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(duì)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(duì)地放電。

　　電流開關(guān)打向左邊，電容CL通過電阻RL對(duì)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)閁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)?/FONT>