硬件入门之电路设计基础

本文主要介绍智能车设计时主要用的到两部分电路，分别为电源转压电路和电机驱动电路。

 
一．电源转压模块 所谓电源转压是将输入电压通过转压电路实现升/降压功能以供其他模块使用，智能车制作中，输入电池电压为7.2V，其他模块所需电压如下：最小系统板/OLED/鹰眼摄像头3.3V、运放供电±5V、舵机供电6V、驱动电路12V、CCD/编码器5V。下面就转压电路做一些相关介绍。
稳压电路主要分为以下种类：
 
1.     LM2940转5V：
LM2940属串联型线性稳压电路（只用于降压），此类电路结构简单、稳定性高、但功耗大、体积大、滤波效率低，须有较大的输入和输出滤波电容。  
2.     MC34063转12V
MC34063属于开关型直流稳压芯片（可用于升/降压），此类电路功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽，但其电路结构较复杂、故障率较高。其工作原理是，升压时其芯片内部通过开关管不断导通（其频率与定时电容有关），储能电感与电容短时间内不断充放电对负载提供能量（电感可以选的大一点）以输出连续的直流电压，另Uo=1.25*(1+R4/R3)（参见手册公式）。  
3． MIC29302转6V:
MIC29302是一种线性可调稳压器，使用方法与34063电路相仿，可供大电流负载使用，其电压输出公式为Uo=1.242*(1+R1/R2)。本例中输出6V给舵机供电。  
4． LM2663转-5V：
LM2663可作为一个简单的负电压转换器，该电压逆变器电路只使用两个外部电容器。  
注：应尽量避免由于人工操作失误等原因造成的电路反接，可在电路中添加防反接设计
1.     利用二极管的单向导电性：  
2.     MOS管型防反接保护电路
NMOS管接在电源的负极，栅极高电平导通。
PMOS管接在电源的正极，栅极低电平导通。（NMOS管的导通电阻比PMOS的小，最好选NMOS）  
3． 各类防反接接口
 
二．电机驱动电路
 
首先，单片机可以输出直流信号，但是它的驱动能力也是有限的，所以单片机一般做驱动信号，驱动大的功率管如Mos管(LR7843)，来产生大电流从而驱动电机，且占空比大小可以通过驱动芯片控制加在电机上的平均电压达到转速调节的目的。
电机驱动主要采用N沟道MOSFET构建H桥驱动电路，H 桥是一个典型的直流电机控制电路，因为它的电路形状酷似字母 H，故得名曰“H 桥”。4个开关组成 H 的 4 条垂直腿，而电机就是H中的横杠。要使电机运转，必须使对角线上的一对开关导通，通过不同的电流方向来控制电机正反转，其连通电路如图所示。  
H桥驱动原理
实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制开关，电机驱动板主要采用两种驱动芯片，一种是全桥驱动HIP4082，一种是半桥驱动IR2104，半桥电路是两个MOS管组成的振荡，全桥电路是四个MOS管组成的振荡。其中，IR2104型半桥驱动芯片可以驱动高端和低端两个N沟道MOSFET，能提供较大的栅极驱动电流，并具有硬件死区、硬件防同臂导通等功能。使用两片IR2104型半桥驱动芯片可以组成完整的直流电机H桥式驱动电路，而且IR2104价格低廉，功能完善，输出功率相对HIP4082较低，此方案采用较多。  
另外，由于驱动电路可能会产生较大的回灌电流，为防止对单片机产生影响，最好用隔离芯片隔离，隔离芯片选取有很多方式，如74lvc245、74hc244、PS2801等，这些芯片常做控制总线驱动器，作用是提高驱动能力，满足一定条件后，输出与输入相同，可进行数据单向传输，即单片机信号可以到驱动芯片，反过来不行。