如何为步进电机、继电器和发光二极管创建动态电源解决方案

从我之前的博客可以看出，我的大部分灵感和知识都来源于父亲对我的影响。有一个建议一直萦绕在我的脑海里：“两个测量，一个切割。”然而，作为工程师，每当我们在为步进电机、发光二极管和其他外设设计控制或电源电路时遇到挑战，我们都希望系统能够适应特定的规则和条件。我们基本上进行两次测量，但只针对一组特定的条件。之后的任何改变都只是意味着额外的成本和评估时间，这可能是任何项目的痛点。或者像我爸爸说的：“你把它剪了，不可能恢复到原来的样子！

那么，当您需要多个系统或配置的解决方案时，会发生什么情况呢？设计完成后，如何保证你在拥有一个可以给电机供电的系统和灵活增加其他高压设备之间有一个平衡？我建议使用系统的一个模块或子集来开始一个以后可以扩展的设计。

界面灵活性

你要做的第一件事就是确保你可以随意连接你的动力驱动。虽然选择具有足够通用输入/输出(GPIO)来驱动输出的主机控制器是一个好主意，但是由于每个GPIO引脚都有自己的调用和执行操作，因此实现控制方案或程序变得越来越困难。串行接口可以轻松处理这个问题。大多数处理器都有一系列内部接口，如图1所示。这些接口模块可以控制内存或外部传感器，甚至可以与其他处理器通信。

图1:1:MSP 430内部框图

但是对于我们的系统来说，选择很简单。正如我在介绍中提到的，我们正在使这个系统驱动许多外围设备，包括步进电机。对于步进电机，我们需要确保主机提供顺序输出和同步输出。

图2: SPI主从连接

串行外设接口(SPI)和I2C接口等接口可以为您提供主机或主设备时钟信号的优势(如图2所示)，这可以通过共享串行数据和时钟线来扩展。但是，出于设计原因，您希望保持低成本，因为一个包含大量电机和发光二极管的解决方案需要多次迭代。

一些电机、发光二极管和其他设备可能无法从作为处理器的内部串行接口中受益。在这些情况下，可以使用如图3所示的串并转换器SN74HC595。该器件便于数据向输出端的顺序传输。我选择这一部分进行设计，因为它易于使用，成本低，使设计人员能够堆叠或菊花链类似的设备。其他串并设备，如SN74HC164或TCA9539，也可以帮助完成任务。

图3: SN 74 HC 595

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。但是，您可以使用场效应晶体管来降低处理器的总电流要求。这其实是设计论坛中比较流行的一个线程，也是应用笔记《连接3-V MSP430到5-V电路》非常流行的主要原因。如果你看看这个应用笔记，你会知道ULN2003A是一个简单的解决方案。

图4展示了MSP430微控制器和LN 2003如何驱动12V逻辑轨以及一些电机和发光二极管。这很有效，因为它可以处理高达50V的电压和高达500毫安/通道的电流，这为电机和发光二极管提供了足够的范围。

图4显示了MSP430微控制器和ULN2003A如何驱动12V逻辑轨和一些电机和发光二极管。结果非常好，因为ULN2003A可以处理高达50V的电压和高达500毫安/通道的电流，这为您的电机和LED提供了足够的范围。

图4:将MSP30连接到高压大电流负载

总结

现在条件成熟，可以连接MSP430单片机、SN74HC595、ULN2003A、CSD17571Q2，打造灵活的电源结构，可扩展8通道倍数，如图5所示。

图5:我们的动态驱动系统