讓我們來看看在建立新的嵌入式項目時需要考慮的兩個問題。

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

?當(dāng)微控器連接到一個步進(jìn)電機類似的電感負(fù)載時，你該如何保護(hù)該控制器？

驅(qū)動大負(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。在某些應(yīng)用中，這樣大的電流已經(jīng)夠用，但有時你需要比微控器GPIO引腳更大的拉電流。其中一個例子是驅(qū)動需要控制較遠(yuǎn)距離的紅外LED 或者是連接較大的電機。因此，你可能需要利用外部電源，以安全地獲取所需電流。這樣做的一個簡易方法是使用一個PNP晶體管（PN2222 是一個不錯的先行嘗試，然后再加入幾個限流電阻即可。GPIO引腳將僅驅(qū)動NPN晶體管的基極，然后從外部電源得到從集電極到發(fā)射極的一個更大電流并驅(qū)動負(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。也一定要選擇一個基級電阻值，以驅(qū)動晶體管進(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 ，因為物理特性，在電流通過電感時會表現(xiàn)出一個副效應(yīng)。原則上，發(fā)電機和電動機采用相同的電機工作概念，只是能量轉(zhuǎn)換方向是相反的。所以想象一下你有一個電機正在運行，突然你切斷了電源。線圈內(nèi)的能量被存儲在電磁場內(nèi)，但現(xiàn)在磁場開始崩潰。面對崩潰的電磁場，試圖保證電流流動，將產(chǎn)生一個巨大的尖峰電壓。這個電壓可能高達(dá)幾百伏，即便是在低功率應(yīng)用中。因為這個電壓的形成于線圈兩端，并且與施加在運行電機的電壓方向相反。（因此稱為 “反沖”電壓，如果處理不當(dāng)，感應(yīng)電壓可能會毀壞GPIO引腳電路或甚至是整個微控器。反沖電壓有時也被稱為反向電動勢，或簡稱反向EMF。

為此，可以采用“反激”二極管，一個高速開關(guān)的保護(hù)二極管（1N4001 是一個不錯的選擇）放置在跨越線圈的位置，與正常使用時反向偏置。然后，當(dāng)電機斷電后，反激二極管允許反沖電壓安全地將其電流通過線圈電阻，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光耦芯片，以電性隔離微控器（4N35是個不錯的選擇）。

圖2： 使用“反激”二極管來避免感性負(fù)載的反沖電壓。

為使與電機的接口處理更簡潔，也可以使用L293D H橋電機驅(qū)動芯片來驅(qū)動電機，該芯片內(nèi)部還包含有保護(hù)二極管。請確定訂購的是L293D而不是L293，后者缺乏保護(hù)二極管。