CN101572107A - 单一通用输入/输出(gpio)管脚的电动机控制电路 - Google Patents

Abstract

用于使用控制器的单一通用输入/输出(GPIO)管脚来操作电动机的系统和方法。在一个实施方式中，控制电路可以包括耦合到控制器的GPIO管脚的第一端子。可将该第一端子配置为接收和输出至少一个或多个信号。该控制电路可以包括耦合到该第一端子的多个元件，以及电动机驱动器电路输出端子，以使得可以将该控制电路配置为向该电动机驱动器电路输出端子输出一个或多个控制信号以用于控制该电动机驱动器电路。电动机驱动器控制信号可以至少部分地基于从该第一端子接收的一个或多个信号。

Description

单一通用输入/输出(GPIO)管脚的电动机控制电路

技术领域

本发明通常涉及电动机控制，并更具体地，涉及用于使用单一通用输入/输出(GPIO)管脚来控制电动机的电路。

背景技术

为了降低成本，用于多媒体应用的芯片组的发展已经引起处理芯片中的管脚数量的减少。传统的208针或256针管脚的芯片配置正被128针管脚的芯片所替代。结果，减少了对于执行芯片的功能可用的管脚的数量。此外，对许多应用来讲，一旦已经分配了用于必要的功能的管脚，为多媒体应用分配管脚就可能成为挑战。关于多媒体芯片组，作为举例，可为包括电源、地、视频、音频等的必要功能分配管脚。当分配了可用管脚时，实现诸如高清晰度多媒体接口(HDMI)的附加芯片功能就可能面临挑战。

在媒体播放器工业中，希望在媒体播放器内支持许多音频和视频特性。希望将像SCART和6声道音频的特性包括到多媒体芯片组中。因此，对于多媒体芯片组，需要一种手段来利用数量减少的管脚。

用于盘托架控制的传统配置封装可以利用多达4个管脚的电动机控制装置。然而，此种用于电动机控制的配置对于上面描述的管脚减少的封装不是可接受的方案。一种传统的方法可以包括外部管脚扩展器以增加管脚资源。然而，此方式将导致电路板尺寸增大和成本增加。因此，需要减少对于电动机控制和/或通用多媒体功能的管脚数量配置。

发明内容

这里所公开和要求保护的是一种用于使用控制器的单一通用输入/输出(GPIO)管脚来操作电动机的系统和方法。在一个实施方式中，提供了具有耦合到控制器的GPIO管脚的第一端子的控制电路。该第一端子可以配置为接收和输出至少一个或多个信号。该控制电路可以包括耦合到电动机驱动器电路的电动机驱动器电路输出端子。将该控制电路配置为向该电动机驱动器电路输出端子输出一个或多个控制信号，以控制该电动机驱动器电路。电动机驱动器控制信号可以至少部分基于从该第一端子接收的一个或多个信号。

考虑了下面关于本发明的详细说明，本发明的其它方面、特性和技术将对于相关领域的技术人员变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个或多个实施方式的电动机控制系统的简化方框图；

图2示出了图1的系统的一个实施方式的简化方框图；

图3示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于设置GPIO管脚的过程；

图4示出了根据本发明的一个或多个实施方式的时序图；

图5示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于打开托架的过程；以及

图6示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于关闭托架的过程。

具体实施方式

本发明的一方面旨在减少控制器操作电动机所需要的输出管脚的数量。在一个实施方式中，本发明涉及一种控制电路，其可以耦合到用于操作电动机的控制器。在进一步的实施方式中，该控制器可以包括耦合到控制电路的GPIO管脚。根据另一个实施方式，该控制电路可以包括多个端子，以基于从该控制器接收的一个或多个信号而输出电动机控制信号。可以进一步配置该控制电路以向该控制器提供一个或多个信号。在一个实施方式中，可以使用该控制器来操作在电子设备中使用的电动机，该电子设备包括但不限于压缩盘播放器、视盘播放器、媒体播放器等。在特定实施方式中，可使用该电动机以操作电子设备的组件，诸如盘托架。例如，在一个实施方式中，可以使用该控制电路来控制用于打开或关闭媒体播放器上的托架的电动机。也应意识到，可以配置该控制电路以控制多种形式(例如，门、窗、窗帘等)的组件的打开和/或关闭。为此目的，可以为一种或多个功能提供使用控制器的单一GPIO管脚来控制电动机的控制电路。

本发明的另一方面涉及用于控制电动机的系统。在一个实施方式中，该系统可包括耦合到控制器的单一GPIO管脚以及电动机驱动器电路的控制电路。可配置该控制电路以基于接收自该控制器的GPIO管脚的控制信号来向该电动机驱动器电路提供一个或多个输出信号。根据另一个实施方式，该电动机驱动器电路可耦合到电动机，该电动机用于控制诸如媒体播放器的电子设备的一个或多个组件。在特定实施方式中，可以进一步配置该系统以控制用于打开或关闭媒体播放器托架的电动机。

根据本发明的另一方面，可以提供用于控制电动机的操作以打开或关闭媒体播放器托架的过程。在一个实施方式中，该过程可以包括设置控制器的GPIO以在第一时段输出一个或多个信号，以及设置该GPIO以在第二时段接收一个或多个输入信号。在特定实施方式中，当将该GPIO管脚设置为输出一个或多个信号时，可以配置该控制器以输出一个或多个用于控制对该电动机的致动的信号。类似地，当将该GPIO管脚设置为接收输入信号时，可将该控制器配置为接收一个或多个可用于控制该电动机的信号。也应意识到，可将该GPIO管脚设置为浮接状态。在一个实施方式中，浮接状态可以涉及设置GPIO管脚以使得该电动机不被激励。以此方式，对电动机打开或关闭托架的控制可以基于由GPIO管脚所输出或接收的一个或多个信号。根据另一个实施方式，该过程可以包括当该托架已经达到特定位置时停止该电动机。也应意识到，可以使用该过程来控制用于另外的应用的电动机，而不限于对媒体播放器托架的控制。

当以软件实现时，本发明的元件本质上是执行必要任务的代码段。该程序或代码段可以存储在处理器可读介质中。“处理器可读介质”可包括能够存储或传递信息的任何介质。处理器可读介质的例子包括电路、半导体存储器设备、ROM、闪速存储器或其它非易失性存储器、软磁盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质等。该代码段可以经由诸如因特网、内部网等的计算机网络下载。

虽然相对于媒体播放器描述了图1-图6，但应该意识到，本发明的原则可以等同地应用于其它应用，并且本发明不应当仅限于优选的实施方式。

现在参看附图，图1示出了一种用于控制电动机的系统的简化方框图。如图所示，系统100包括耦合到控制器105和电动机驱动器120的控制电路115。在一个实施方式中，可以使用控制器105来控制诸如压缩盘播放器、视盘播放器、通用媒体播放器等电子设备。因此，控制器105可以包括用于处理音频、视频以及通用数据其中至少一个的逻辑。进一步地，可将控制器105配置为控制电动机125以操作电子设备的组件。根据一个实施方式，控制器105可以是诸如微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器单元(MCU)和/或专用集成电路(ASIC)等任何类型的处理器。在一个实施方式中，控制器105可以包括多个GPIO管脚。可将每个GPIO管脚用于为控制器105输出和/或接收一个或多个信号。如图1所示，将控制电路115耦合到控制器105的单一GPIO 110。

根据一个实施方式，控制器105可以包括多个GPIO管脚。然而，根据本发明的另一个实施方式，只需要单一的GPIO管脚来控制电动机125的操作。因此，应该意识到，可以扩展控制器105的GPIO资源。也应该意识到，可以扩展GPIO管脚资源而无需使用GPIO管脚扩展器。因此，用于控制电动机125的单一GPIO管脚可以支持使用电路板尺寸需求较小且具有较少管脚数量的控制器，并可以允许控制器105支持更多的应用。

根据一个实施方式，可将控制器105配置为在GPIO管脚110接收和输出一个或多个信号。在一个实施方式中，可将控制器105配置为将GPIO管脚110设置为输入或输出其中之一。根据另一个实施方式，当被控制器105设置为输出时，可在GPIO管脚110处提供至少高电压信号或低电压信号之一。高电压可以同高于预定阈值的电压电平相关联，以在第一方向激励电动机。低电压可以同低于预定阈值的电压信号相关联，以在另一方向激励电动机。根据另一实施方式，可由控制器105将GPIO管脚110设置为浮接点。浮接点可以对应于在该低电压阈值和高电压阈值之间使得电动机不会被激励的电压电平。可将该控制器105的输出施加于控制电路115。

如图1所示，将控制电路115耦合到电动机驱动器电路120。在一个实施方式中，可将电动机驱动器电路120配置为提供一个或多个输出信号以激励电动机125。在一个实施方式中，电动机125涉及DC(直流)电动机、电刷电动机、无电刷电动机和普通电动机至少其中之一。对电动机125的激励和/或操作可以基于由控制电路115向电动机驱动器电路120施加的一个或多个信号。

根据另一个实施方式，可将控制电路115耦合到用于电动机125的控制的开关130。在对电动机125的控制中，可以利用开关130的状态。例如，当用于控制盘托架的操作时，开关130的状态(即，打开或关闭)可以指示该盘托架处于预定位置，其可以涉及该托架的打开状态或关闭状态。因而，基于开关130的状态，控制电路115可以输出一个或多个信号来暂停电动机125的操作。在一个实施方式中，暂停电动机的信号也可以基于控制器105对开关130的状态的检测。

现在参考图2，示出了图1的系统的另一个实施方式的简化方框图。如图2所示，系统200可以包括电动机225以打开和/或关闭托架260。在一个实施方式中，托架260可以涉及用于将盘载入视盘播放器、压缩盘播放器和通用媒体播放器其中至少一个的媒体托架。对电动机225的操作可以基于由控制器205的GPIO 210₁向控制电路215提供的一个或多个输出信号。控制器205能够包括多个GPIO管脚210_1-n，可以使用它们来输出或接收一个或多个信号。然而，根据本发明的一个实施方式，仅需要一个GPIO管脚——GPIO 210₁——来操作电动机225。应该意识到，使用单—的GPIO管脚可以降低控制器205的整体管脚数量，并且可以有利于扩展控制器205的GPIO管脚资源。

根据另一个实施方式，对电动机225的操作可以至少部分地基于GPIO管脚210₁的管脚设置状态和信号电平。例如，可将GPIO管脚210₁设置为输出和输入中的一种。进一步地，由控制器205施加的信号可以激励或停止电动机225。类似地，可由控制器205读取在GPIO管脚210₁检测到的—个或多个信号，以暂停电动机225的操作。可将控制器205的GPIO管脚210₁耦合到控制电路215的第一端子240。当将GPIO 210₁设置为输出管脚时，可将一个或多个信号施加到控制电路215。可选地，当将GPIO管脚210₁设置为接收输入信号时，可由控制电路215接收一个或多个信号。根据另一个实施方式，控制器205可将GPIO管脚210₁设置成在预定的时段为输入或输出。输入和输出的时序将在下面相对于图3而更详细描述。

表1示出了在特定实施方式中可由系统200利用的示例性值。根据一个或多个实施方式，高电压电平可以对应于如表1中所示的“1”。类似地，低电压电平可以对应于如表1所示的“0”。

表1

根据另一个实施方式，可将控制电路215配置为向电动机驱动器电路220提供一个或多个信号。如图2所示，控制电路215包括耦合到GPIO管脚210₁的端子240。在一个实施方式中，控制电路215可以包括多个电路元件，这些电路元件包括但不限于晶体管开关245和电阻网络。在一个实施方式中，控制电路215可以接收来自端子235的电源电压，该端子235可耦合到系统200的电压输入。在表1中示出了根据一个或多个实施方式的用于与GPIO管脚210₁的不同值相关联的控制电路215的节点a-e和端子的示例性电压和逻辑(即，高和低)值。

根据另一个实施方式，可通过端子255a-255b将控制电路215耦合到开关230a-230b(例如，开关130)。可以至少部分地基于在端子235、240和255a-255b处的一个或多个信号，由控制电路215的端子250a-250b输出一个或多个信号。以此方式，控制电路215可以基于控制电路215中由GPIO管脚210₁提供的一个或多个控制信号来控制电动机驱动器220的操作。在又一个实施方式中，可将控制电路215的端子250a-250b耦合到电动机驱动器220的端子265a-265b。

继续参考图2，根据一个实施方式，电动机驱动器220可以包括接地和/或向电动机驱动器220的端子270a-265b施加电压的开关网络。在另一个实施方式中，该开关网络可以包括如图2中所示那样布置的晶体管开关。然而，应该意识到，电动机驱动器电路220也可以利用其它电路布置来激励电动机225。根据一个示例性实施方式，端子265a和265b可以采用这样的值以在第一方向、第二方向或者与表1所示根本不同地激励电动机225。因而，电动机225可以相对于关闭位置和打开位置而弹出和/或拉回托架265。

在一个实施方式中，端子270a可以向电动机225的正端子提供高电压信号来弹出托架260。可选地，端子270b可向电动机225的负端子提供高电压信号来拉回托架260。此外，可通过施加低电压和/或将端子270a-270b接地而暂停电动机225。

根据另一个实施方式，控制器205可以通过专用端子接收来自用户的至少一个输入信号或涉及操纵托架位置的远程信号。因而，控制器205可以向GPIO管脚210₁施加一个或多个信号来激励托架260的打开或关闭。虽然在图2中没有示出，但控制器205可以经由同用户输入相关联的GPIO管脚或对应于同托架260相关联的打开/关闭按钮的用户输入端子相关联的GPIO管脚而接收一个或多个信号。在又一个实施方式中，可通过用户推动托架而启动对该托架260的关闭。例如，当完全打开托架260时，如果用户推动托架260，开关230a将打开，引起端子240将是高电平。继而，激励电动机225以基于开关230a的打开而关闭托架260。

现在参考图3，示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于设置GPIO管脚的过程。如图3中所示，可由控制器(例如，控制器105或205)执行过程300，以用于设置GPIO管脚(例如，GPIO管脚110或210₁)。可通过在方框305接收输入命令而启动过程300。例如，在方框305，可以通过该控制器接收命令，来激励电动机(例如，电动机125或225)。根据另一个实施方式，在方框305接收的输入命令可以涉及打开或者关闭媒体播放器的盘托架。在方框310，基于所接收的命令，可将该GPIO管脚(例如，GPIO管脚110或210₁)设置为特定值。根据本发明的特定实施方式，在表1中示出了可由GPIO管脚接收的示例性值。

在方框315，过程300继续检测作为对该控制器的输入而可能在该GPIO管脚处施加的一个或多个信号。在一个实施方式中，可以从耦合到该GPIO管脚的控制电路(例如，控制电路115或215)接收对该控制器的输入。根据一个实施方式，如在下面将相对于图4而更详细的描述地，可将GPIO设置为在各个时段接收或输出一个或多个信号。因而，该控制器能够在一个时段检测由GPIO管脚接收的一个或多个信号。在方框320，可以至少部分地基于一个或多个检测到的信号来设置该GPIO管脚。例如，可将该GPIO管脚设置为输出，以提供高输出信号、低输出信号和浮接点输出信号其中之一。

现在参考图4，示出了根据本发明的一个或多个实施方式的时序图。在一个实施方式中，时序图400涉及示例性信号405，根据本发明的一个或多个实施方式，该示例性信号405可由控制器(例如控制器105或205)针对GPIO管脚(例如，GPIO 110或210₁)来检测。该时序信号405可以涉及用于该GPIO管脚的输入和输出周期。如图4所示，对于每个周期410，可将GPIO管脚设置为在具有持续期间415的时间间隔中接收一个或多个输入信号。以此方式，该控制器能够检测来自控制电路(例如，控制电路115或215)的一个或多个信号。在一个示例性的实施方式中，可以将GPIO管脚输入持续期间415设置为对于每个20ms周期410接收输入20μs(即，微秒)。应当意识到，时间间隔410和415的值是示例性的，而且可以利用其它值。根据另一个实施方式，应当意识到，即使将该GPIO管脚设置为输入，该控制器也可以连续地激励该电动机。

在一个实施方式中，信号405涉及当将GPIO管脚设置为接收输入时在GPIO管脚接收的电压。因而，当开关(例如开关130或230a-230b)没有关闭时，信号405可以涉及高输出值，如420所示出。然而，当开关关闭时，信号405可被从高电平420拉低到由425指示的低电压电平。在一个实施方式中，低电平可以涉及托架处于关闭或打开位置。根据一个实施方式，该控制器检测到低电压电平可以促使该控制器输出信号来停止该电动机。为此目的，由410和415指示的周期可以涉及输入间隔和周期，该输入间隔和周期可由该控制器使用以通过单一的GPIO管脚接收和输出数据。

现在参考图5，示出了根据本发明的一个或多个实施方式可由图2的控制器利用的过程。根据一个实施方式，可以利用过程500来使用控制器(例如，控制器205)的单一GPIO管脚(例如，GPIO 210₁)打开托架(例如，托架260)。在方框505，可通过将该GPIO管脚的输出设置为低电压值而启动过程500。继而，在方框510，该控制器可以等待预定的时间延迟。在一个实施方式中，在方框510处的时间延迟可以是300ms。以此方式，该电路可以允许控制电路元件(例如控制电路215)稳定。然而，应当意识到，对于方框510中的时间延迟，可以利用不同的值。继而，在方框515，该控制器可以设置该GPIO管脚来接收输入。

在判断方框520，该控制器能够确定向该GPIO管脚施加的电压。当该电压电平并非处在高电压电平时(自判断方框520引出的“否”通路)，在方框525，该控制器可以将该GPIO管脚设置为输出低电压。在方框530，过程500可以继续等待一时间延迟。在一个示例性的实施方式中，在方框530处的时间延迟可以涉及20ms。继而，在方框515，该控制器可以设置该GPIO管脚为接收输入。当该电压电平在高电压时(自判断方框520引出的“是”通路)，在方框535，该控制器可以设置该GPIO管脚为浮接值，以停止该电动机和该托架的操作。根据一个实施方式，接收高值可以涉及托架(例如，托架260)处于打开的位置。继而，在方框540，该控制器可以等待命令。

现在参考图6，示出了根据本发明的一个或多个实施方式可由图2的控制器利用的过程。如图6所示，可以利用过程600而使用控制器(例如，205)的单一的GPIO管脚(例如，GPIO管脚210₁)关闭托架(例如，托架260)。在方框605，可通过将该GPIO管脚的输出设置为高电压值而启动过程600。继而，在方框610，该控制器可以等待预定时间延迟。在一个实施方式中，在方框610处的该时间延迟可以是300ms。以此方式，该电路可以允许电路元件稳定。然而，应当意识到，对于方框610中的时间延迟可以利用不同的值。继而，在方框615，该控制器可以将该GPIO管脚设置为接收输入。

在判断方框620，该控制器能够确定施加给该GPIO管脚的电压。当该电压电平不涉及低电压电平时(自判断方框620引出的“否”通路)，在方框625，该控制器可以将该GPIO管脚设置为输出高输出。在方框630，过程600可以继续等待一时间延迟。在一个示例性实施方式中，在方框630处的时间延迟可以近似20ms。继而，在方框615，该控制器可以将该GPIO管脚设置为接收输入。当该电压电平是高电压时(自判断方框620引出的“是”通路)，在方框635，该控制器可将该GPIO管脚设置为浮接值，以停止该电动机和该托架的操作。根据一个实施方式，接收高值可以涉及托架(例如，托架260)处于关闭位置。继而，在方框640，该控制器可以等待命令。

虽然已经结合附图描述并示出了特定示例性实施方式，但是应当理解，此类实施方式仅为该宽泛的发明的示例，而并非对该宽泛的发明的限制，并且因为本领域技术人员会想到多种其它调整，所以本发明并不限于所示出和描述的特定构造和布置。这里提及的商标和著作权是其各自的所有者的财产。

Claims (20)

1.一种被配置为使用控制器的单一通用输入/输出(GPIO)管脚来操作电动机的控制电路，包括：

耦合到控制器的GPIO管脚的第一端子，所述第一端子被配置为接收和输出至少一个或多个信号；以及

耦合到电动机驱动器电路的电动机驱动器电路输出端子，其中所述控制电路被配置为经由所述电动机驱动器电路输出端子输出一个或多个控制信号，以至少部分地基于从所述第一端子接收的一个或多个信号来控制所述电动机驱动器电路。

2.根据权利要求1所述的控制电路，进一步包括耦合到开关的第二端子，其中所述第一端子电耦合到所述第二端子，使得所述第一端子的电压电平至少部分地基于所述开关的状态。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述第二端子包括耦合到附加开关的附加端子，使得所述第一端子的电压电平至少部分地基于所述附加开关的状态。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述电动机驱动器电路输出端子包括两个输出端子，所述电动机驱动器电路输出端子中的每个输出端子电耦合到所述第一端子。

5.根据权利要求4所述的控制电路，进一步包括电耦合到所述电动机驱动器电路输出端子其中之一的晶体管开关。

6.根据权利要求4所述的控制电路，其中所述电动机驱动器电路输出端子其中之一电耦合到第二端子，所述第二端子耦合到开关。

7.根据权利要求1所述的控制电路，进一步包括耦合到所述第一端子、所述驱动器电路端子和输入电压端子其中至少一个的电阻器网络。

8.一种被配置为使用控制器的单一通用输入/输出(GPIO)管脚来操作电动机的系统，所述系统包括：

电动机；

电动机驱动器电路，其耦合到所述电动机，并且被配置为输出一个或多个信号来激励所述电动机；

控制器，其具有单一GPIO管脚，并且被配置输出和接收一个或多个信号以经由所述单一GPIO管脚来控制所述电动机；以及

控制电路，其耦合到所述电动机驱动器电路和所述控制器，其中所述控制电路被配置为输出一个或多个控制信号，以至少部分地基于从所述控制器的所述GPIO管脚接收的一个或多个信号来控制所述电动机驱动器电路。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述电动机被配置为至少部分地基于一个或多个控制器输出信号而将机械组件致动到多个位置。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述电动机驱动器电路被配置为基于从所述控制电路接收的控制信号而以两个方向其中之一激励所述电动机。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器涉及微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列和任何类型的通用处理器的至少一个。

12.根据权利要求8所述的系统，其中将所述控制器配置为通过所述单一的GPIO管脚输出一个或多个信号来至少部分地基于所接收的命令操作所述电动机。

13.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制电路包括多个端子，所述控制电路通过所述多个端子耦合到所述控制器和电动机驱动器电路。

14.根据权利要求8所述的系统，进一步包括耦合到所述控制电路的开关，所述开关耦合到将被控制的设备。

15.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置为操作压缩盘播放器、视盘播放器和任何类型的通用媒体播放器的托架。

16.一种用于使用控制器的单一通用输入/输出(GPIO)管脚来操作电动机的方法，所述方法包括动作：

在控制器的GPIO管脚处接收输入命令；

基于所接收的输入命令，将控制器的所述GPIO管脚设置为输出一个或多个信号；

由所述控制器检测在所述GPIO管脚处的一个或多个输入信号；以及

至少部分地基于在所述GPIO管脚处检测到的所述一个或多个输入信号，设置所述GPIO管脚。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述控制器的所述GPIO管脚设置为输出一个或多个信号包括输出高电压电平输出、低电压电平输出和浮接点输出中的至少一个。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括设置所述控制器的所述GPIO管脚以在预定的时段接收一个或多个输入信号。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个输出信号至少部分地基于所接收的命令来激励电动机。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个输出信号激励与压缩盘播放器、视盘播放器和任何类型的通用媒体播放器中的至少一个相关联的托架的操作。

Images