如何為步進電機、繼電器和發光二極管創建動態電源解決方案

從我之前的博客可以看出，我的大部分靈感和知識都來源于父親對我的影響。有一個建議一直縈繞在我的腦海里：“兩個測量，一個切割。”然而，作為工程師，每當我們在為步進電機、發光二極管和其他外設設計控制或電源電路時遇到挑戰，我們都希望系統能夠適應特定的規則和條件。我們基本上進行兩次測量，但只針對一組特定的條件。之后的任何改變都只是意味著額外的成本和評估時間，這可能是任何項目的痛點。或者像我爸爸說的：“你把它剪了，不可能恢復到原來的樣子！

那么，當您需要多個系統或配置的解決方案時，會發生什么情況呢？設計完成后，如何保證你在擁有一個可以給電機供電的系統和靈活增加其他高壓設備之間有一個平衡？我建議使用系統的一個模塊或子集來開始一個以后可以擴展的設計。

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力驅動。雖然選擇具有足夠通用輸入/輸出(GPIO)來驅動輸出的主機控制器是一個好主意，但是由于每個GPIO引腳都有自己的調用和執行操作，因此實現控制方案或程序變得越來越困難。串行接口可以輕松處理這個問題。大多數處理器都有一系列內部接口，如圖1所示。這些接口模塊可以控制內存或外部傳感器，甚至可以與其他處理器通信。

圖1:1:MSP 430內部框圖

但是對于我們的系統來說，選擇很簡單。正如我在介紹中提到的，我們正在使這個系統驅動許多外圍設備，包括步進電機。對于步進電機，我們需要確保主機提供順序輸出和同步輸出。

圖2: SPI主從連接

串行外設接口(SPI)和I2C接口等接口可以為您提供主機或主設備時鐘信號的優勢(如圖2所示)，這可以通過共享串行數據和時鐘線來擴展。但是，出于設計原因，您希望保持低成本，因為一個包含大量電機和發光二極管的解決方案需要多次迭代。

一些電機、發光二極管和其他設備可能無法從作為處理器的內部串行接口中受益。在這些情況下，可以使用如圖3所示的串并轉換器SN74HC595。該器件便于數據向輸出端的順序傳輸。我選擇這一部分進行設計，因為它易于使用，成本低，使設計人員能夠堆疊或菊花鏈類似的設備。其他串并設備，如SN74HC164或TCA9539，也可以幫助完成任務。

圖3: SN 74 HC 595

驅動高電壓和高電流

不幸的是，您不能簡單地從主機微控制器驅動高功率負載。但是，您可以使用場效應晶體管來降低處理器的總電流要求。這其實是設計論壇中比較流行的一個線程，也是應用筆記《連接3-V MSP430到5-V電路》非常流行的主要原因。如果你看看這個應用筆記，你會知道ULN2003A是一個簡單的解決方案。

圖4展示了MSP430微控制器和LN 2003如何驅動12V邏輯軌以及一些電機和發光二極管。這很有效，因為它可以處理高達50V的電壓和高達500毫安/通道的電流，這為電機和發光二極管提供了足夠的范圍。

圖4顯示了MSP430微控制器和ULN2003A如何驅動12V邏輯軌和一些電機和發光二極管。結果非常好，因為ULN2003A可以處理高達50V的電壓和高達500毫安/通道的電流，這為您的電機和LED提供了足夠的范圍。

圖4:將MSP30連接到高壓大電流負載

總結

現在條件成熟，可以連接MSP430單片機、SN74HC595、ULN2003A、CSD17571Q2，打造靈活的電源結構，可擴展8通道倍數，如圖5所示。

圖5:我們的動態驅動系統