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1.前言

作為工程師，每當我們面臨為步進電機、LED 和其他外圍設備設計控制或電源電路的挑戰時，我們都喜歡使系統適應特定的規則和條件。

我們基本上測量了兩次，但僅限于那組特定條件。事后的任何更改只會意味著額外的成本和評估時間，這對任何項目來說都是一個巨大的痛苦。

那么當我們需要針對多個系統或配置的解決方案時會發生什么？我們如何確保在擁有一個可以為電機供電的系統和讓我們在設計完成后靈活添加其他高壓設備之間保持平衡？我建議我們使用系統的一個模塊或子集開始我們的設計，我們可以稍后對其進行擴展。

2.接口靈活性

我們要做的第一件事是確保我們可以隨意連接電源驅動器。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個好主意，但實現控制方案或程序變得越來越困難，因為每個 GPIO 引腳都有自己的調用和要執行的操作。這是串行接口變得方便的地方。大多數處理器都有大量內部接口，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進行通信。

圖 1：MSP430? 內部框圖

然而，對于我們的系統，選擇很簡單。正如我在介紹中提到的，我們正在制作這個系統來驅動多個外圍設備，包括步進電機。對于步進電機，我們需要確保從主機提供順序和同步的輸出。

圖 2：SPI 主從連接

串行外設接口 (SPI) 和 I 2 C等接口為我們提供了來自主機或主設備的時鐘信號的優勢（如圖 2 所示），并且能夠通過共享串行數據和時鐘線進行擴展。然而，為了我們的設計，我們希望保持低成本，因為具有大量電機和 LED 的解決方案需要多次迭代。

某些電機、LED 和其他設備可能無法從將內部串行接口用作處理器中受益。在這些情況下，我們可以使用串并轉換器，例如圖 3 中所示的SN74HC595。該設備有助于將數據按順序傳送到輸出。我為我的設計選擇了這個部件，因為它易于使用、成本低，并且使設計人員能夠堆疊或菊花鏈類似的設備。任何其他串行到并行設備也可以幫助完成任務，例如SN74HC164或TCA9539?。

圖3 ：SN74HC595

3.驅動高壓大電流

不幸的是，我們不能簡單地從主機微控制器驅動高功率負載。但是，我們可以應用 FET 來降低處理器的整體電流需求。這實際上是設計論壇中比較流行的主題之一，也是“將 3V MSP430 連接到 5V 電路”應用筆記非常受歡迎的主要原因。如果我們從本應用筆記中翻閱一頁，我們會發現 ULN2003A 是一個簡單的解決方案。

圖 4 展示了 MSP430 微控制器和ULN2003A如何驅動 12V 邏輯軌以及一些電機和 LED。這非常有效，因為 ULN2003A 可以處理高達 50V 的電壓和高達 500mA/通道的電流，這為我們提供了足夠的電機和 LED 范圍。

圖 4：將 MSP30 連接到高電壓和高電流負載

現在我們已擁有所需的一切，我們可以連接 MSP430 MCU、SN74HC595、ULN2003A 和 CSD17571Q2，以創建一個靈活的電源結構，該結構可在八個通道的倍數中進行擴展，如圖 5 所示。

圖 5：我們的動態驅動系統

我們可以使用這種架構來創建復雜的系統，例如空調、LED 顯示矩陣，甚至是具有多個燈和電機的機器人。我們還可以創建具有附加特性或功能的同一設計的多個版本，例如額外的顯示器或電機，如圖 6 所示。

圖 6：擴展我們的電源驅動器以容納更多外圍設備

因為我們將設計保持在一個舒適的規模，我們現在可以根據我們的應用要求擴展或減少我們的功能，或者回收相同的結構來提出其他需要高電壓、高電流或兩者兼而有之的應用。而且由于我們只選擇了成本較低的替代方案，因此我們可以確保我們的電路板保持成本效益，即使經過多次迭代也是如此。