正如您從我之前的博客中看到的，我的靈感源及所學(xué)知識(shí)多數(shù)源于我父親對(duì)我的影響。有一個(gè)建議一直縈繞在我腦海：“兩次測(cè)量，一次剪裁。”然而，作為工程師，每當(dāng)我們?yōu)椴竭M(jìn)電機(jī)、LED和其他外設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)控制或電源電路遇到挑戰(zhàn)時(shí)，我們期望讓系統(tǒng)適應(yīng)具體的規(guī)則和條件。我們基本上是進(jìn)行兩次測(cè)量，但只針對(duì)一組特定條件。事后的任何變化只意味著額外成本和評(píng)估時(shí)間，這可能是任何項(xiàng)目的一個(gè)痛點(diǎn)�；蛘缥业母赣H所說(shuō)：“您已將其剪裁，不可能再將其回復(fù)原貌！
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？如何確保您在擁有可為電機(jī)供電的系統(tǒng)，和在設(shè)計(jì)完成后靈活添加其它高壓設(shè)備之間保持平衡？我建議使用系統(tǒng)的一個(gè)模塊或子集來(lái)啟動(dòng)稍后可進(jìn)行縮放的設(shè)計(jì)。
接口靈活性
您要做的首要事情是確保您可隨意連接您的電源驅(qū)動(dòng)器。雖然選擇具有足夠通用輸入/輸出（GPIO）的主機(jī)控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出是一個(gè)好主意，但實(shí)現(xiàn)控制方案或程序變得越來(lái)越困難，因?yàn)槊總�(gè)GPIO引腳都具有自己的調(diào)用和執(zhí)行操作。串行接口可方便應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題。大多數(shù)處理器都有如圖1所示的一系列內(nèi)部接口。這些接口模塊可控制內(nèi)存或外部傳感器，甚至與其它處理器通信。
圖1：MSP430™內(nèi)部框圖
但對(duì)于我們的系統(tǒng)來(lái)講，選擇很簡(jiǎn)單。正如我在介紹中提到的，我們正讓此系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)包括步進(jìn)電機(jī)在內(nèi)的多個(gè)外設(shè)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們需要確保從主機(jī)提供順序輸出和同步輸出。
圖2：SPI主從連接
諸如串行外設(shè)接口（SPI）和I2C之類(lèi)的接口可讓您擁有來(lái)自主機(jī)或主設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)（如圖2所示）的優(yōu)勢(shì)，能夠通過(guò)共享串行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線進(jìn)行擴(kuò)展。然而，出于設(shè)計(jì)考慮，您希望維持低成本，因?yàn)榫哂写罅侩姍C(jī)和LED的解決方案需要多次迭代。
一些電機(jī)、LED和其它設(shè)備可能不會(huì)從作為處理器的內(nèi)部串行接口中受益。這些情況下，可以使用如圖3所示的SN74HC595這一串行到并行轉(zhuǎn)換器。該設(shè)備有助于將數(shù)據(jù)順序傳送到輸出。我選擇這部分用于設(shè)計(jì)，因?yàn)樗子谑褂�、成本低，并使設(shè)計(jì)人員能夠堆疊或菊花鏈類(lèi)似設(shè)備。任何諸如SN74HC164或TCA9539在內(nèi)的其它串行到并行設(shè)備也可以幫助完成任務(wù)。
圖3：SN74HC595
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。但您可應(yīng)用FET降低處理器的總電流需求。這實(shí)際上是設(shè)計(jì)論壇中更受歡迎的線程之一，也是為何“連接3-V MSP430到5-V電路”應(yīng)用筆記非常受歡迎的主要原因。若您查看此應(yīng)用筆記，您將了解到ULN2003A是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。
Figure 4 showcases how the MSP430 microcontroller and ULN2003A can drive a 12V logic rail along with some motors and LEDs. This works out great because the ULN2003A can handle voltages up to 50V and currents up to 500mA/channel, which gives you ample range for motors and LEDs.
圖4所示為MSP430微控制器和ULN2003A如何驅(qū)動(dòng)12V邏輯軌及一些電機(jī)和LED。結(jié)果非常好，因?yàn)?/font>ULN2003A可處理高達(dá)50V的電壓和高達(dá)500mA /通道的電流，這為您的電機(jī)和LED提供了足夠范圍。
圖4：將MSP30連接到高電壓和高電流負(fù)載
匯總
既然現(xiàn)在條件已成熟，您可連接MSP430 MCU、SN74HC595、ULN2003A和CSD17571Q2，創(chuàng)建一個(gè)靈活的電源結(jié)構(gòu)，可在8通道的倍數(shù)中進(jìn)行擴(kuò)展，如圖5所示。
圖5：我們的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
您可使用此架構(gòu)創(chuàng)建復(fù)雜系統(tǒng)，如空調(diào)、LED顯示矩陣或甚至具有多個(gè)燈和電機(jī)的機(jī)器人。您還可創(chuàng)建具有添加功能或功能性的同一設(shè)計(jì)的多個(gè)版本，如圖6所示的額外的顯示器或電機(jī)。
圖6：縮放我們的功率驅(qū)動(dòng)器，以適應(yīng)更多外設(shè)
由于您想讓設(shè)計(jì)保持在一個(gè)合適規(guī)模，您現(xiàn)在可根據(jù)您的應(yīng)用需求擴(kuò)展或減少應(yīng)用功能，或循環(huán)相同的結(jié)構(gòu)，以提出需要高電壓、高電流或兩者兼具的其它應(yīng)用程序。由于您只選擇低成本替代方案，您可確保您的電路板仍具有成本效益，即使是多次迭代也是如此。
這是一個(gè)易于使用和靈活的設(shè)計(jì)，我們采取了這一理念，并制作了一個(gè)BoosterPack。但這只是其中一種您可驅(qū)動(dòng)大功率外設(shè)（如步進(jìn)電機(jī)和LED）的方法。您能想到其它架構(gòu)嗎？請(qǐng)?jiān)谙路阶龀鲈u(píng)論。 |
