摘要：基于 Motorola 公司新的输出 开关 芯片 MC33291 ,提出一种应用于 微控制器 的新型输出控制 电路 ,并给出硬件系统设计原理图和软件设计流程图。通过对 MCU 发出的命令字和从MC33291反馈回的状态字进行比较,从而判断出口是否有故障以及故障的类型。该输出控制电路结构简单、可靠性高、综合成本低,具有广泛的应用前景。
0.引言
微计算机控制系统中控制结果的输出大多数为开关量输出形式，如设备的起停和开关的 跳合闸等。开关量输出控制单元回路设计的关键是如何防止误动作[1]。为防止执行CPU 的错 误指令，一些控制装置采取了简单的措施，但大多数情况下并不作特殊的处理。由于现场干 扰的存在和器件可靠性方面的原因，仍然会发生某些异常，同时要避免上电时输出的误动作。 另外还有 电感 性负载的开关量功率输出驱动问题。在控制装置中，作为开关量输出电路负载 的 继电器 是主要的控制元件,简单驱动电路是 晶体管 功率输出。本文将Motorola 公司的新 型输出开关芯片MC33291 应用于微控制器的输出控制回路，构成新的输出电路。用于防止误 动作和解决功率输出问题。使输出电路大为简化，可靠性和保护性能都可得到改善。
1. 常规的开关量输出电路[2]
传统的开关量输出回路一般采用并行接口的输出口来控制有 触点 继电器的方法。通常 为了提高抗干扰能力，还要经过光电隔离，典型的一路输出接线如图1 所示。并行输出端口 PB0 和PBl 用不同的电平输出，PBO 输出“O”；PB1 输出“1”，使与非门输出“0”，驱动 发光 二极管 ，光敏 三极管 导通，继电器J 被吸合。这样做可防止在开断 直流电源 过程中继电 器的误动。设置反相器及与非门是由于并行口带负载能力有限，不足以驱动 发光二极管 ，另 外采用与非门后增加了抗干扰能力。
多路开关量输出电路要有多个 光耦 ，电路复杂，占PCB面积大；需要用CPU多个并行口 线，使成本增高。另外光耦在运行中容易损坏，使得可靠性降低，需要进一步采取措施。
2. 基于MC33291 的开关量多路输出控制电路
2．1 新型输出开关芯片MC33291原理[3]
2.1.1 MC33291 芯片介绍
MC33291 是8 位串行输出（ Output 0～output7）的控制功率开关，24 脚SOP 封装。它通 过串行外设接口SPI（SCLK,SI,SO,CSB）直接和MCU 连接，内部核心是串行移位寄存器（COMS Serial shift Registers）。可以通过输出电路（Updrain DOMS Output）直接控制电感负荷 和继电器，输出最高电压钳位至53V。输出电流最大可到1A。输出具有完备的监测和保护特 性，可接收MCU 的命令并把输出开关的状态反馈回MCU。所以MC33291 是一个多功能的集成 输出控制电路芯片，在汽车控制、计算机、通讯等领域都有广泛的应用。其控制原理框图如 图2 所示。
2.1.2 串行外设口SPI[4]
MC33291 通过串行外围接口SPI 和MCU 相连的，SPI 用于MCU 和一些外围设备间的同步 串行通讯。通过软件可以读取SPI 状态寄存器，也可以用SPI 中断。
MCU 通过SPI 口线和外部设备相连时，MCU(MICrocontroller)的SPI 选择主模式。用SPI 控制寄存器来配置SPI 的工作模式和时钟频率。MCU 通过外设的SI 口（4 脚）发送数据， SO （9 脚）接收数据，SCLK 口（3 脚）用作输出时钟。并行口（Parallel Ports）提供外设从 选择线CSB（10 脚）及复位线Reset（22 脚）和故障时状态控制线SFPD（15 脚），见图2。 在MCU 写SPI 数据寄存器，通过8 位移位寄存器（Shift Register）向外部设备传输数据； 同时从接收缓冲器（Receive Buffer）读取从外部设备反馈回来的信息，用于判断外部设备 的状态并做出相应的处理。
MCU33291 作为一个8 位的输出串行开关，可用作具有故障管理和故障诊断特性的MCU 总线 扩展器和缓冲器，MCU 通过SPI 和MC33291 相连原理如图3。多个MC33291 也可以通过 SPI 并行控制来形成一个大系统来从MCU 接收多于8 个的输出控制命令，同时反馈回开关闭 合或故障状态，MCU 要用片选线选择其中之一。
本文关键字：开关 其它-综合，电器控制 - 其它-综合
