如何为步进电机、继电器和LED创建动态电源解决方案

正如您从我之前的博客中看到的，我的灵感源及所学知识多数源于我父亲对我的影响。有一个建议一直萦绕在我脑海：“两次测量，一次剪裁。”然而，作为工程师，每当我们为步进电机、LED和其他外设设计一个控制或电源电路遇到挑战时，我们期望让系统适应具体的规则和条件。我们基本上是进行两次测量，但只针对一组特定条件。事后的任何变化只意味着额外成本和评估时间，这可能是任何项目的一个痛点。或正如我的父亲所说：“您已将其剪裁，不可能再将其回复原貌！

那么，当您需要多个系统或配置的解决方案时会发生什么？如何确保您在拥有可为电机供电的系统，和在设计完成后灵活添加其它高压设备之间保持平衡？我建议使用系统的一个模块或子集来启动稍后可进行缩放的设计。

 

接口灵活性

您要做的首要事情是确保您可随意连接您的电源驱动器。虽然选择具有足够通用输入/输出（GPIO）的主机控制器来驱动输出是一个好主意，但实现控制方案或程序变得越来越困难，因为每个GPIO引脚都具有自己的调用和执行操作。串行接口可方便应对这一问题。大多数处理器都有如图1所示的一系列内部接口。这些接口模块可控制内存或外部传感器，甚至与其它处理器通信。

 

 

 

图1：MSP430™内部框图

但对于我们的系统来讲，选择很简单。正如我在介绍中提到的，我们正让此系统驱动包括步进电机在内的多个外设。对于步进电机，我们需要确保从主机提供顺序输出和同步输出。

 

 

图2：SPI主从连接

诸如串行外设接口（SPI）和I2C之类的接口可让您拥有来自主机或主设备的时钟信号（如图2所示）的优势，能够通过共享串行数据和时钟线进行扩展。然而，出于设计考虑，您希望维持低成本，因为具有大量电机和LED的解决方案需要多次迭代。

一些电机、LED和其它设备可能不会从作为处理器的内部串行接口中受益。这些情况下，可以使用如图3所示的SN74HC595这一串行到并行转换器。该设备有助于将数据顺序传送到输出。我选择这部分用于设计，因为它易于使用、成本低，并使设计人员能够堆叠或菊花链类似设备。任何诸如SN74HC164或TCA9539在内的其它串行到并行设备也可以帮助完成任务。

 

 

图3：SN74HC595

 

驱动高电压和高电流

不幸的是，您不能简单地从主机微控制器驱动高功率负载。但您可应用FET降低处理器的总电流需求。这实际上是设计论坛中更受欢迎的线程之一，也是为何“连接3-V MSP430到5-V电路”应用笔记非常受欢迎的主要原因。若您查看此应用笔记，您将了解到ULN2003A是一个简单的解决方案。

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.

图4所示为MSP430微控制器和ULN2003A如何驱动12V逻辑轨及一些电机和LED。结果非常好，因为ULN2003A可处理高达50V的电压和高达500mA /通道的电流，这为您的电机和LED提供了足够范围。

 

 

 

图4：将MSP30连接到高电压和高电流负载

 

汇总

既然现在条件已成熟，您可连接MSP430 MCU、SN74HC595、ULN2003A和CSD17571Q2，创建一个灵活的电源结构，可在8通道的倍数中进行扩展，如图5所示。

 

 

 

图5：我们的动态驱动系统