DIY聲光動作秀：用Arduino和Raspberry Pi打造有趣的聲光動態專題

第8章 進階馬達控制

在前一章中，我們進展到能控制馬達的速度，但還沒開始控制它的轉動方向。我們會在本章節探討幾種可以控制馬達方向的方法，包含一些特殊功能IC和專為控制直流馬達方向和轉速的模組。

馬達能夠反轉是個方便的功能。舉例來說，我們會看到用直流馬達以一個方向開門、開窗，再以反方向關起來的線性致動器。同樣的道理，如果我們要做一臺機器人，也會想讓它有可以雙向轉動的輪子。

假設一個馬達有A和B兩個電極（圖8-1）。

當A為正極、B為負極，馬達會往其中一個方向旋轉。如果逆轉電極的極性，馬達則會往反方向轉動。

因此，如果我們要控制馬達的方向，就要有方法來逆轉供應給馬達的電流極性。這個方法就是使用一種名為「H橋」的電路。

H橋

圖8-1是H橋的原理。我們會先從開關開始，然後再進展到使用電晶體和IC。

如果四個開關都是開路狀態，電流就不會流經馬達。但如果S1和S4為閉路，但S2和S3為開路（如圖8-2所示），則電流會從電源正極通過馬達的A端子，經過馬達和S4，到達電源負極，此時馬達會往一個方向轉動。

如果換成S1和S4為開路，而S3和S2為閉路，正極電源會通往馬達的B端子並流經馬達和S2來逆轉馬達的方向。

表8-1整理了各條件下的馬達行為；0代表開關為開路、1代表閉路（有通電），而X代表開關的狀態沒有影響。

我們已經討論過以H橋切換馬達方向的方法，但還有其他開關設定的組合需要知道。

首先，相當明顯地：如果所有開關都是開路，則不會有電力到達馬達，所以它會很快停止。

很重要的一點是：有些開關的組合會直接連接電源的正極和負極，這個情況稱為短路，而且很可能會造成災情，因為會有極大量的電流通過。

另一種情況是沒有短路，但有把馬達的腳位連接在一起的效果，並產生使馬達煞車的有趣效應；如果原本在轉動會快速停止，而如果原本是靜止會抵抗轉動它的力量。因此，如果馬達是用來驅動玩具車的輪子，則使用煞車模式可以阻止在斜坡上的車子往下滑。

晶片H橋

L293D是受玩家們歡迎的簡易型H橋IC。我們在第130頁「實驗：控制馬達的方向與速度」會用到它。這個裝置最適合電流上限600mA、電壓36V的小型馬達。詳情可以參考它的資料表。

L293D含有兩個H橋和過熱時可以自動關閉IC的額外電路。雖然L293D還是可能會因不堪負荷而壞掉，但要達到這種程度的負荷也不容易。

• 這款晶片的主要特色如下：

• 馬達電壓範圍為4.5到36V

• 連續馬達電流600mA

• 峰值馬達電流1.2A

• 在所有輸出腳位具有二極體保護馬達不受瞬間電壓突波影響

• 熱防護

• 與3V及5V邏輯（Pi及Arduino）相容

圖8-3是這款晶片的電路圖，以及用來控制兩個直流馬達的方式。這款晶片的結構其實是四個半H橋而非兩個完整H橋。你可以把每個半H橋想成能引導或汲取最高600mA電流的高功率數位輸出腳位。這讓晶片在使用上有更多彈性。

第8章 進階馬達控制

在前一章中，我們進展到能控制馬達的速度，但還沒開始控制它的轉動方向。我們會在本章節探討幾種可以控制馬達方向的方法，包含一些特殊功能IC和專為控制直流馬達方向和轉速的模組。

馬達能夠反轉是個方便的功能。舉例來說，我們會看到用直流馬達以一個方向開門、開窗，再以反方向關起來的線性致動器。同樣的道理，如果我們要做一臺機器人，也會想讓它有可以雙向轉動的輪子。

假設一個馬達有A和B兩個電極（圖8-1）。

當A為正極、B為負極，馬達會往其中一個方向旋轉。如果逆轉電極的極性，馬達則會往反方向轉動。

因...

序
第1章 前言
第2章 Arduino
第3章 Raspberry Pi
第4章 快速入門
第5章 基礎電子學
第6章 LED
第7章 馬達、幫浦與致動器
第8章 進階馬達控制
第9章 伺服馬達
第10章 步進馬達
第11章 加熱與冷卻
第12章 控制迴圈
第13章 控制交流電
第14章 顯示器
第15章 聲音
第16章 物聯網
附錄A 材料
附錄B Raspberry Pi GPIO 腳位圖

序
第1章 前言
第2章 Arduino
第3章 Raspberry Pi
第4章 快速入門
第5章 基礎電子學
第6章 LED
第7章 馬達、幫浦與致動器
第8章 進階馬達控制
第9章 伺服馬達
第10章 步進馬達
第11章 加熱與冷卻
第12章 控制迴圈
第13章 控制交流電
第14章 顯示器
第15章 聲音
第16章 物聯網
附錄A 材料
附錄B Raspberry Pi GPIO 腳位圖