讓我們來(lái)看看在建立新的嵌入式項(xiàng)目時(shí)需要考慮的兩個(gè)問(wèn)題。

?當(dāng)某個(gè)組件需要比微控器GPIO引腳更大的拉電流時(shí)，你該如何處理？

?當(dāng)微控器連接到一個(gè)步進(jìn)電機(jī)類(lèi)似的電感負(fù)載時(shí)，你該如何保護(hù)該控制器？

驅(qū)動(dòng)大負(fù)載

許多微控器的GPIO引腳僅支持很小的拉電流，大約只在40mA左右（數(shù)據(jù)手冊(cè)是工程師的最好朋友）。一定要閱讀您選定的MCU的數(shù)據(jù)手冊(cè)。在某些應(yīng)用中，這樣大的電流已經(jīng)夠用，但有時(shí)你需要比微控器GPIO引腳更大的拉電流。其中一個(gè)例子是驅(qū)動(dòng)需要控制較遠(yuǎn)距離的紅外LED 或者是連接較大的電機(jī)。因此，你可能需要利用外部電源，以安全地獲取所需電流。這樣做的一個(gè)簡(jiǎn)易方法是使用一個(gè)PNP晶體管（PN2222 是一個(gè)不錯(cuò)的先行嘗試，然后再加入幾個(gè)限流電阻即可。GPIO引腳將僅驅(qū)動(dòng)NPN晶體管的基極，然后從外部電源得到從集電極到發(fā)射極的一個(gè)更大電流并驅(qū)動(dòng)負(fù)載。需要注意的是，你必須把微控器和外部電源的地連接在一起。也一定要選擇一個(gè)基級(jí)電阻值，以驅(qū)動(dòng)晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)。

圖2： 使用NPN晶體管以使微控器處理更大的電流需求。

避免“反沖”電感電壓

電感性負(fù)載，比如步進(jìn)電機(jī) ，因?yàn)槲锢硖匦裕陔娏魍ㄟ^(guò)電感時(shí)會(huì)表現(xiàn)出一個(gè)副效應(yīng)。原則上，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)采用相同的電機(jī)工作概念，只是能量轉(zhuǎn)換方向是相反的。所以想象一下你有一個(gè)電機(jī)正在運(yùn)行，突然你切斷了電源。線圈內(nèi)的能量被存儲(chǔ)在電磁場(chǎng)內(nèi)，但現(xiàn)在磁場(chǎng)開(kāi)始崩潰。面對(duì)崩潰的電磁場(chǎng)，試圖保證電流流動(dòng)，將產(chǎn)生一個(gè)巨大的尖峰電壓。這個(gè)電壓可能高達(dá)幾百伏，即便是在低功率應(yīng)用中。因?yàn)檫@個(gè)電壓的形成于線圈兩端，并且與施加在運(yùn)行電機(jī)的電壓方向相反。（因此稱(chēng)為 “反沖”電壓，如果處理不當(dāng)，感應(yīng)電壓可能會(huì)毀壞GPIO引腳電路或甚至是整個(gè)微控器。反沖電壓有時(shí)也被稱(chēng)為反向電動(dòng)勢(shì)，或簡(jiǎn)稱(chēng)反向EMF。

為此，可以采用“反激”二極管，一個(gè)高速開(kāi)關(guān)的保護(hù)二極管（1N4001 是一個(gè)不錯(cuò)的選擇）放置在跨越線圈的位置，與正常使用時(shí)反向偏置。然后，當(dāng)電機(jī)斷電后，反激二極管允許反沖電壓安全地將其電流通過(guò)線圈電阻，防止毀壞更敏感的電子設(shè)備。為獲取更安全的方案，可以在GPIO引腳與晶體管之間插入一個(gè)光耦芯片，以電性隔離微控器（4N35是個(gè)不錯(cuò)的選擇）。

圖2： 使用“反激”二極管來(lái)避免感性負(fù)載的反沖電壓。

為使與電機(jī)的接口處理更簡(jiǎn)潔，也可以使用L293D H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片內(nèi)部還包含有保護(hù)二極管。請(qǐng)確定訂購(gòu)的是L293D而不是L293，后者缺乏保護(hù)二極管。