CN103138667A - 电机控制电路及具有该电机控制电路的键盘 - Google Patents

电机控制电路及具有该电机控制电路的键盘 Download PDF

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罗奇艳
周海清
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Abstract

一种电机控制电路,用于控制一步进电机的转动方向,所述电机控制电路包括单片机、主用电源、备用电源、电压监控电路以及电机驱动芯片,所述主用电源用于给所述单片机以及所述步进电机供电;所述电压监控电路用于监控所述主用电源的供电状态以判断所述主用电源是正常供电或是停止供电,并输出相应的状态信号给所述单片机;所述单片机用于根据所述状态信号控制所述电机驱动芯片驱动所述步进电机正转或反转;所述备用电源用于在所述主用电源停止供电时对所述单片机以及所述步进电机供电。本发明还包括具有所述电机控制电路的键盘。

Description

电机控制电路及具有该电机控制电路的键盘
技术领域
本发明涉及一种电机控制电路,尤其涉及一种控制电机正反转的电机控制电路及具有该电机控制电路的键盘。
背景技术
现有的计算机键盘,在使用过程中总是暴露在外界环境中,容易受到灰尘等污物的污染,而且由于其自身构造的原因,极不易清洗。同时,如果使用者不慎将水、饮料等液体洒在键盘上,容易导致键盘的损坏。
目前出现一种防尘键盘,包括转轴、缠绕在转轴上的保护罩以及用于驱动所述保护罩的电机,所述电机由按钮驱动,按压按钮可使电机转动而将保护罩从转轴上拉出,使得保护罩盖设在键盘上。
然而,上述防尘键盘需要使用者手动按压按钮,造成使用的不便。并且若使用者在不使用键盘时,若忘记按压所述按钮,则保护罩则无法对键盘进行防尘保护。
发明内容
针对上述问题,有必要提供一种电机控制电路,可自动控制电机正反转来控制保护罩的使用状态。
另,还有必要提供一种具有上述电机控制电路的键盘。
一种电机控制电路,用于控制一步进电机的转动方向,所述电机控制电路包括:单片机、主用电源、备用电源、电压监控电路以及电机驱动芯片,所述主用电源用于给所述单片机以及所述步进电机供电;所述电压监控电路用于监控所述主用电源的供电状态以判断所述主用电源是正常供电或是停止供电,并输出相应的状态信号给所述单片机;所述单片机用于根据所述状态信号控制所述电机驱动芯片驱动所述步进电机正转或反转;所述备用电源用于在所述主用电源停止供电时对所述单片机以及所述步进电机供电。
一种键盘,包括键盘本体、可相对于所述键盘本体移动的保护罩、用于驱动所述保护罩的步进电机以及上述的电机控制电路,当所述电机控制电路控制所述步进电机正转时,所述步进电机驱动所述保护罩收缩以暴露所述键盘本体;当所述电机控制电路控制所述步进电机反转时,所述步进电机驱动所述保护罩伸出并遮蔽所述键盘本体表面。
所述的电机控制电路及键盘通过电压监控电路来侦测主用电源的供电状态并发送相应的状态信号给单片机,当主用电源正常供电时,单片机则控制电机驱动芯片来驱动步进电机正转,以使保护罩收缩以暴露所述键盘本体;而当主用电源停止供电时,单片机则控制电机驱动芯片驱动步进电机反转,以使保护罩伸出并遮蔽键盘本体表面。因此,所述电机控制电路可根据主用电源的供电状况,即电脑的开、关机状况来相应控制步进电机的转动方向,从而及时方便地控制保护罩的使用状况。
附图说明
图1为具有本发明较佳实施方式的电机控制电路的键盘的功能模块图。
图2为图1所示电机控制电路的电路图。
图3为图1所示电机控制电路的备用电源充电电路的电路图。
主要元件符号说明
电机控制电路 100
步进电机 200
单片机 10
主用电源 20
备用电源 30
电压监控电路 40
电源切换电路 50
备用电源充电电路 60
电机驱动芯片 70
状态信号 ST
第一控制信号 PWM1
第二控制信号 PWM2
状态信号输入引脚 P1
第一控制引脚 P2
第二控制引脚 P3
电源引脚 VDD
输出电压 V1、V2
供电电压 V3
电压监控芯片 41
肖特基二极管 43
电压输入引脚 VCC
检测引脚 SENSE
第二输出引脚 RESET
第一限流电阻 R1
电源切换芯片 51
发光二极管 D1
N沟道MOSFET Q1
电阻 R2
第二限流电阻 R3
第一电源输入引脚 INA
第二电源输入引脚 INB
第一使能引脚 ENBA
第二使能引脚 ENBB
第一电源输出引脚 OUTA
第二电源输出引脚 OUTB
充电芯片 61
分压电路 63
充电电流输入引脚 VIN
充电电流输出引脚 COUT
使能引脚 SHDN
第一分压电阻 R4
第二分压电阻 R5
第一信号输入端 I1
第二信号输入端 I2
第一信号输出端 O1
第二信号输出端 O2
键盘 300
键盘本体 310
保护罩 330
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1,本发明较佳实施方式的电机控制电路100应用于一键盘300。键盘300包括电机控制电路100、步进电机200、键盘本体310以及由步进电机200驱动的保护罩330。电机控制电路100用于控制步进电机200的正转及反转。当步进电机200在电机控制电路100的驱动下正转时,保护罩330在步进电机200的驱动下收缩,操作者即可操作键盘本体310。而当步进电机200在电机控制电路100的驱动下反转时,保护罩330在步进电机200的驱动下伸出键盘本体310表面以对键盘本体310进行遮蔽。
本发明较佳实施方式的电机控制电路100包括单片机10、主用电源20、备用电源30、电压监控电路40、电源切换电路50、备用电源充电电路60以及电机驱动芯片70。电压监控电路40用于根据主用电源20的电压大小来判断主用电源20的供电状态并发送相应的状态信号ST(见图2)给单片机10,单片机10根据所述状态信号ST来相应控制电机驱动芯片70驱动步进电机200正转或反转。所述备用电源充电电路60用于在主用电源20正常供电时,利用主用电源20对备用电源30充电。电源切换电路50用于在主用电源20低于一预设的基准电压时,切换备用电源30给单片机10以及步进电机200供电。
请参阅图2,单片机10包括状态信号输入引脚P1、第一控制引脚P2、第二控制引脚P3及电源引脚VDD。状态信号输入引脚P1用于接收电压监控电路40发送的状态信号ST。第一控制引脚P2及第二控制引脚P3均电性连接至电机驱动芯片70,以分别发送相应的第一控制信号PWM1及第二控制信号PWM2至电机驱动芯片70。在本较佳实施方式中,第一控制信号PWM1及第二控制信号PWM2为相位相反的PWM信号。
主用电源20提供的输出电压为V1。在本较佳实施方式中,主用电源20的输出电压为V1由USB连接器J1的电源引脚提供。所述USB连接器J1电性连接至一电脑的USB连接器(图未示)。。当电脑开机时,所述输出电压V1为+5V;当电脑关机时,所述输出电压V1逐渐下降直至为零。
备用电源30可以为超级电容,也可以为镍氢电池。在本较佳实施方式中,备用电源30为超级电容,其在放电时输出电压为V2。
电压监控电路40用于监控主用电源20输出电压V1的大小。电压监控电路40包括电压监控芯片41及肖特基二极管43。电压监控芯片43包括电压输入引脚VCC、检测引脚SENSE、第一输出引脚                                               
Figure 201110395126X100002DEST_PATH_IMAGE001
及第二输出引脚RESET。电压输入引脚VCC通过肖特基二极管43选择性地电性连接至所述主用电源20及备用电源30。检测引脚SENSE通过一第一限流电阻R1电性连接至主用电源20。第一输出引脚
Figure 855950DEST_PATH_IMAGE001
通过电阻R2电性连接至肖特基二极管43,且第一输出引脚
Figure 439378DEST_PATH_IMAGE001
输出所述状态信号ST。电压监控芯片43用于监控主用电源20的输出电压V1的变化,当主用电源20的输出电压V1大于电压监控芯片41内预设的所述基准电压时,第一输出引脚
Figure 689094DEST_PATH_IMAGE001
输出高电平,即所述状态信号ST为高电平,第二输出引脚RESET输出低电平;而当电脑关机,主用电源20的输出电压V1逐渐下降至小于所述基准电压时,第一输出引脚
Figure 487417DEST_PATH_IMAGE001
输出低电平,即所述状态信号ST为高电平,第二输出引脚RESET输出高电平。在本较佳实施方式中,所述基准电压为4.25V,电压监控芯片41为由德州仪器公司(Texas Instruments, TI)生产的电压监控芯片TL7733BIDR。肖特基二极管43的型号为BAT54C,其包括两个输入端A1、A2以及一个输出端C。两个输入端A1、A2分别电性连接至主用电源20及备用电源30,输出端C电性连接至电压监控芯片43的电压输入引脚VCC及第一输出引脚
Figure 797176DEST_PATH_IMAGE001
。当主用电源20正常供电时,主用电源20通过所述肖特基二极管43给电压监控芯片41供电;而当主用电源20停止供电时,备用电源30通过所述肖特基二极管43给电压监控芯片41供电。
电源切换电路50包括电源切换芯片51、发光二极管D1、N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)Q1以及第二限流电阻R3。电源切换芯片51包括连接至备用电源30的第一电源输入引脚INA、连接至主用电源20的第二电源输入引脚INB、连接至第一输出引脚
Figure 867900DEST_PATH_IMAGE001
的第一使能引脚ENBA、连接至第二输出引脚RESET的第二使能引脚ENBB以及相互短接的第一电源输出引脚OUTA及第二电源输出引脚OUTB。第一电源输出引脚OUTA及第二电源输出引脚OUTB之间的节点电性连接至单片机10的电源引脚VDD以及步进电机200,且第一电源输出引脚OUTA及第二电源输出引脚OUTB之间的节点输出一供电电压V3至单片机10及步进电机200。第一使能引脚ENBA用于控制第一电源输入引脚INA与第一电源输出引脚OUTA之间的电源通路的导通与断开。当第一使能引脚ENBA有效时,即为低电平时,第一电源输入引脚INA与第一电源输出引脚OUTA之间的电源通路的导通。第二使能引脚ENBB用于控制第二电源输入引脚INB与第二电源输出引脚OUTB之间的电源通路的导通与断开,且第二使能引脚ENBB也为低电平有效。
也就是说,当主用电源20正常使用时,第一输出引脚
Figure 921306DEST_PATH_IMAGE001
输出高电平,第二输出引脚RESET输出低电平,即第一使能引脚ENBA为高电平,第二使能引脚ENBB为低电平,主用电源20通过所述电源切换芯片51给单片机10以及步进电机200供电。而当主用电源20停止供电使得其输出电压V1逐渐下降至小于所述基准电压时,第一输出引脚
Figure 823403DEST_PATH_IMAGE001
输出低电平,第二输出引脚RESET输出高电平,即第一使能引脚ENBA为低电平,第二使能引脚ENBB为高电平,备用电源30通过所述电源切换芯片51给单片机10以及步进电机200供电。
发光二级管D1的阳极通过第二限流电阻R3电性连接至第一电源输出引脚OUTA及第二电源输出引脚OUTB之间的节点,阴极电性连接至N沟道MOSFET Q1的漏极D。N沟道MOSFET Q1的源极S接地,栅极G通过一第三限流电阻R7电性连接至第一输出引脚
Figure 304063DEST_PATH_IMAGE001
。当主用电源20正常供电时,第一输出引脚
Figure 596504DEST_PATH_IMAGE001
为高电平,N沟道MOSFET Q1导通,发光二极管D1发亮。当主用电源20停止供电时,第一输出引脚
Figure 453602DEST_PATH_IMAGE001
为低电平,N沟道MOSFET Q1截止,发光二极管D1熄灭。
请参阅图3,备用电源充电电路60包括充电芯片61及分压电路63。充电芯片61包括充电电流输入引脚VIN、充电电流输出引脚COUT以及使能引脚SHDN。充电电流输入引脚VIN电性连接至主用电源20。充电电流输出引脚COUT电性连接至所述备用电源30。在图3中,备用电源30为一超级电容。分压电路63包括相互串联至主用电源20与地之间的第一分压电阻R4及第二分压电阻R5。使能引脚SHDN连接至第一分压电阻R4及第二分压电阻R5之间的节点。当主用电源20正常工作时,使能引脚SHDN有效,充电芯片61则将主用电源20输入的电流转换为充电电流输出至备用电源30,以给备用电源30,即所述超级电容充电。
请复参阅图2,电机驱动芯片70包括电性连接至第一控制引脚P2的第一信号输入端I1、电性连接至第二控制引脚P3的第二信号输入端I2、与第一信号输入端I1相对应的第一信号输出端O1以及与第二信号输入端I2相对应的第二信号输出端O2。第一信号输出端O1以及第二信号输出端O2电性连接至步进电机200。当主用电源20供电正常时,状态信号ST为高电平,单片机10输出至电机驱动芯片70的第一控制信号PWM1为第一电平(如高电平),且第二控制信号PWM2为第二电平(如低电平),此时电机驱动芯片70驱动步进电机200正转。当主用电源20的输出电压V1低于所述基准电压时,状态信号ST为低电平,单片机10输出的第一控制信号PWM1为第二电平(低电平),第二控制信号PWM2为第一电平(高电平),此时电机驱动芯片70驱动步进电机200反转。
所述键盘300在使用时,键盘本体310通过所述USB连接器J1电性连接至所述电脑。当电脑开机正常使用时,USB连接器J1的电源引脚上电压供电正常,即所述主用电源20的输出电压V1供电正常,此时备用电源充电电路60对备用电源30进行充电,同时电压监控芯片41的第一输出引脚
Figure 459473DEST_PATH_IMAGE001
输出高电平,电源切换电路50切换主用电源20给单片机10以及步进电机200供电,同时单片机10输出第一控制信号PWM1及第二控制信号PWM2至电机驱动芯片70,以控制电机驱动芯片70驱动步进电机200正转,使得保护罩330收缩。当所述电脑关机后,USB连接器J1的电源引脚上电压逐渐降低,即所述主用电源20的输出电压V1逐渐降低至所述基准电压时,电压监控芯片41的第一输出引脚
Figure 111034DEST_PATH_IMAGE001
输出低电平,电源切换电路50切换备用电源30给单片机10以及步进电机200供电,同时单片机10输出另一电平状态的第一控制信号PWM1及第二控制信号PWM2至电机驱动芯片70,以控制电机驱动芯片70驱动步进电机200反转,使得保护罩330伸出键盘本体310表面以对键盘本体310进行遮蔽。
所述的电机控制电路100通过电压监控电路40来侦测主用电源20的供电状态并发送相应的状态信号ST给单片机10,当主用电源20正常供电时,单片机10则控制电机驱动芯片70来驱动步进电机200正转,以使保护罩330收缩以暴露所述键盘本体310;而当主用电源20停止供电时,单片机10则控制电机驱动芯片70驱动步进电机200反转,以使保护罩330伸出并遮蔽键盘本体310表面。因此,所述电机控制电路100可根据主用电源20的供电状况,即电脑的开、关机状况来相应控制步进电机200的转动方向,从而及时方便地控制保护罩330的使用状况。

Claims (10)

1.一种电机控制电路,用于控制一步进电机的转动方向,其特征在于:所述电机控制电路包括单片机、主用电源、备用电源、电压监控电路以及电机驱动芯片,所述主用电源用于给所述单片机以及所述步进电机供电;所述电压监控电路用于监控所述主用电源的供电状态以判断所述主用电源是正常供电或是停止供电,并输出相应的状态信号给所述单片机;所述单片机用于根据所述状态信号控制所述电机驱动芯片驱动所述步进电机正转或反转;所述备用电源用于在所述主用电源停止供电时对所述单片机以及所述步进电机供电。
2.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于:所述电压监控电路包括电压监控芯片,所述电压监控芯片包括电压输入引脚、检测引脚以及第一输出引脚,所述电压输入引脚根据所述主用电源的供电状态选择性地电性连接至所述主用电源及备用电源,所述检测引脚电性连接至所述主用电源,所述第一输出引脚输出所述状态信号;当所述检测引脚检测到所述主用电源的输出电压大于一预设的基准电压时,所述第一输出引脚输出的状态信号为高电平;当所述检测引脚检测到所述主用电源的输出电压小于所述基准电压时,所述第一输出引脚输出的状态信号为低电平。
3.如权利要求2所述电机控制电路,其特征在于:所述电压监控芯片还包括肖特基二极管,所述肖特基二极管包括两个输入端以及一个输出端,两个所述输入端分别电性连接至所述主用电源及备用电源,所述输出端电性连接至电压监控芯片的电源输入引脚及第一输出引脚。
4.如权利要求2所述的电机控制电路,其特征在于:所述电压监控芯片还包括第二输出引脚,所述第二输出引脚的电平状态与所述第一输出引脚的电平状态相反;所述电机控制电路还包括电源切换电路,所述电源切换电路包括电源切换芯片,所述电源切换芯片包括连接至所述备用电源的第一电源输入引脚、连接至所述主用电源的第二电源输入引脚、连接至所述第一输出引脚的第一使能引脚、连接至所述第二输出引脚的第二使能引脚以及相互短接的第一电源输出引脚及第二电源输出引脚,且所述第一电源输出引脚及第二电源输出引脚之间的节点输出供电电压至所述单片机及步进电机;所述第一使能引脚用于控制第一电源输入引脚与第一电源输出引脚之间的电源通路的导通与断开;所述第二使能引脚用于控制第二电源输入引脚与第二电源输出引脚之间的电源通路的导通与断开。
5.如权利要求4所述的电机控制电路,其特征在于:所述电源切换电路还包括发光二极管及N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管,所述发光二级管的阳极电性连接至第一电源输出引脚及第二电源输出引脚之间的节点,阴极电性连接至所述N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管;所述N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地,栅极电性连接至所述第一输出引脚。
6.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于:所述电机控制电路还包括备用电源充电电路,所述备用电源充电电路包括充电芯片,所述充电芯片包括使能引脚、电性连接至所述主用电源的充电电流输入引脚以及电性连接至所述备用电源的充电电流输出引脚,当所述主用电源正常供电时,所述使能引脚有效,所述充电芯片则将所述主用电源输入的电流转换为充电电流输出至所述备用电源,以给所述备用电源充电。
7.如权利要求6所述的电机控制电路,其特征在于:所述备用电源充电电路还包括分压电路,所述分压电路包括相互串联至所述主用电源与地之间的第一分压电阻及第二分压电阻,所述使能引脚电性连接至所述第一分压电阻及所述第二分压电阻之间的节点。
8.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于:所述主用电源由一USB连接器的电源引脚提供,所述USB连接器电性连接至一电脑,当电脑开机时,所述主用电源正常供电,当电脑关机时,所述主用电源停止供电。
9.如权利要求1所述的电机控制电路,其特征在于:所述备用电源为超级电容或者镍氢电池。
10.一种键盘,包括键盘本体、可移动地装配于所述键盘本体的保护罩以及用于驱动所述保护罩的步进电机,其特征在于:所述键盘还包括如权利要求1至9任一项所述的电机控制电路,当所述电机控制电路控制所述步进电机正转时,所述步进电机驱动所述保护罩收缩以暴露所述键盘本体;当所述电机控制电路控制所述步进电机反转时,所述步进电机驱动所述保护罩伸出并遮蔽所述键盘本体表面。
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