如何為步進(jìn)電機(jī)、繼電器和發(fā)光二極管創(chuàng)建動(dòng)態(tài)電源解決方案

從我之前的博客可以看出，我的大部分靈感和知識(shí)都來(lái)源于父親對(duì)我的影響。有一個(gè)建議一直縈繞在我的腦海里：“兩個(gè)測(cè)量，一個(gè)切割。”然而，作為工程師，每當(dāng)我們?cè)跒椴竭M(jìn)電機(jī)、發(fā)光二極管和其他外設(shè)設(shè)計(jì)控制或電源電路時(shí)遇到挑戰(zhàn)，我們都希望系統(tǒng)能夠適應(yīng)特定的規(guī)則和條件。我們基本上進(jìn)行兩次測(cè)量，但只針對(duì)一組特定的條件。之后的任何改變都只是意味著額外的成本和評(píng)估時(shí)間，這可能是任何項(xiàng)目的痛點(diǎn)。或者像我爸爸說(shuō)的：“你把它剪了，不可能恢復(fù)到原來(lái)的樣子！

那么，當(dāng)您需要多個(gè)系統(tǒng)或配置的解決方案時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況呢？設(shè)計(jì)完成后，如何保證你在擁有一個(gè)可以給電機(jī)供電的系統(tǒng)和靈活增加其他高壓設(shè)備之間有一個(gè)平衡？我建議使用系統(tǒng)的一個(gè)模塊或子集來(lái)開始一個(gè)以后可以擴(kuò)展的設(shè)計(jì)。

界面靈活性

你要做的第一件事就是確保你可以隨意連接你的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。雖然選擇具有足夠通用輸入/輸出(GPIO)來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出的主機(jī)控制器是一個(gè)好主意，但是由于每個(gè)GPIO引腳都有自己的調(diào)用和執(zhí)行操作，因此實(shí)現(xiàn)控制方案或程序變得越來(lái)越困難。串行接口可以輕松處理這個(gè)問(wèn)題。大多數(shù)處理器都有一系列內(nèi)部接口，如圖1所示。這些接口模塊可以控制內(nèi)存或外部傳感器，甚至可以與其他處理器通信。

圖1:1:MSP 430內(nèi)部框圖

但是對(duì)于我們的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，選擇很簡(jiǎn)單。正如我在介紹中提到的，我們正在使這個(gè)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)許多外圍設(shè)備，包括步進(jìn)電機(jī)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們需要確保主機(jī)提供順序輸出和同步輸出。

圖2: SPI主從連接

串行外設(shè)接口(SPI)和I2C接口等接口可以為您提供主機(jī)或主設(shè)備時(shí)鐘信號(hào)的優(yōu)勢(shì)(如圖2所示)，這可以通過(guò)共享串行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線來(lái)擴(kuò)展。但是，出于設(shè)計(jì)原因，您希望保持低成本，因?yàn)橐粋€(gè)包含大量電機(jī)和發(fā)光二極管的解決方案需要多次迭代。

一些電機(jī)、發(fā)光二極管和其他設(shè)備可能無(wú)法從作為處理器的內(nèi)部串行接口中受益。在這些情況下，可以使用如圖3所示的串并轉(zhuǎn)換器SN74HC595。該器件便于數(shù)據(jù)向輸出端的順序傳輸。我選擇這一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樗子谑褂茫杀镜停乖O(shè)計(jì)人員能夠堆疊或菊花鏈類似的設(shè)備。其他串并設(shè)備，如SN74HC164或TCA9539，也可以幫助完成任務(wù)。

圖3: SN 74 HC 595

驅(qū)動(dòng)高電壓和高電流

不幸的是，您不能簡(jiǎn)單地從主機(jī)微控制器驅(qū)動(dòng)高功率負(fù)載。但是，您可以使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)降低處理器的總電流要求。這其實(shí)是設(shè)計(jì)論壇中比較流行的一個(gè)線程，也是應(yīng)用筆記《連接3-V MSP430到5-V電路》非常流行的主要原因。如果你看看這個(gè)應(yīng)用筆記，你會(huì)知道ULN2003A是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。

圖4展示了MSP430微控制器和LN 2003如何驅(qū)動(dòng)12V邏輯軌以及一些電機(jī)和發(fā)光二極管。這很有效，因?yàn)樗梢蕴幚砀哌_(dá)50V的電壓和高達(dá)500毫安/通道的電流，這為電機(jī)和發(fā)光二極管提供了足夠的范圍。

圖4顯示了MSP430微控制器和ULN2003A如何驅(qū)動(dòng)12V邏輯軌和一些電機(jī)和發(fā)光二極管。結(jié)果非常好，因?yàn)閁LN2003A可以處理高達(dá)50V的電壓和高達(dá)500毫安/通道的電流，這為您的電機(jī)和LED提供了足夠的范圍。

圖4:將MSP30連接到高壓大電流負(fù)載

總結(jié)

現(xiàn)在條件成熟，可以連接MSP430單片機(jī)、SN74HC595、ULN2003A、CSD17571Q2，打造靈活的電源結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展8通道倍數(shù)，如圖5所示。

圖5:我們的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)