为什么单片机不能直接驱动电机

单片机直连电机，你这样做过吗？单片机和电机能不能直连呢？本期贸泽科普实验室，我们就为大家来验证了——

上面视频里，实验表明单片机是可以直连驱动电机的。

是不是意味着单片机能直接驱动所有的电机呢？

当然不是。

不知道大家注意到没有，视频里的电机是非常迷你的，与我们在其他电子产品里常见到的电机相比，在体格上有非常大的差距。

这个小电机的额定电压是3.3V，额定电流4mA。想要让它转起来，首要条件就是单片机IO口的输出电压和电流要满足电机的额定电压和额定电流。

以STM32F103单片机为例，在输出电压特性表可以看到，STM32F103的I/O输出高电平的电压在VDD-0.4V至VDD，以3.3V供电的话，那么I/O口的高电平电压在2.9V至3.3V之间。

图源：STM32F10xxx参考手册

而在STM32F103的输出驱动电流说明表中，可以看到I/O输出拉电流是8mA，输出灌电流是25mA，流经芯片的总电流不得超过150mA。

 

图源：STM32F10xxx参考手册

这样看来，STM32F103的IO口直连小电机，完全是没问题的！但是，问题来了——

小电机，也就是直流有刷电机是感性设备，在电机运转的过程中，会产生反电动势，用示波器测量，供电使用3.3V的话，产生的反电动势峰峰值达到了10V左右。这个反电动势会全部加在单片机的I/O口上。

结合单片机的I/O结构来看，此时反电动势全部由保护二极管消耗，一旦保护二极管损坏，单片机的I/O也会直接玩完。

所以，对于功率小的电机，虽然使用单片机I/O可以直接驱动，但用不了多长时间，单片机I/O就会损坏。而对于功率大的电机，单片机是无法直接驱动的。

那单片机应该如何正确的驱动电机呢？

不同的电机，驱动方式也是不同的，以我们常见的直流有刷电机、直流无刷电机、直流步进电机为例。

01

直流有刷电机的驱动

如果只是控制电机转动速度，不控制电机旋转方向，单片机+1个MOS管即可。单片机的的1个IO口，连接MOS管的G极，如下图：

当MOS导通，电机旋转，当MOS关断，电机停转，电机产生的反电动势通过二极管D1消耗，起到保护电源的作用，当需要控制电机速度时，只需要单片机控制PWM的占空比就可以了。

如果既要控制方向，又要控制速度，就需要使用单片机+H桥。

单片机的4个IO口，即上图的PWM1,2,3,4，分别连接H桥4个MOS管的G极。通过控制单片机IO口输出电平，可以让4个MOS按照一定的顺序导通。当Q1和Q5导通，电机正转，当Q2和Q4导通时，电机反转。需要控制电机速度时，只需要单片机控制PWM信号的占空比就可以了。

02

直流无刷电机的驱动

直流无刷电机通常有2个重要组成部分，电机主体和驱动器。单个电机是无法运转的，直流无刷电机的定子绕组会做成三相对称星形接法，转子通常由n对磁极的永磁体构成，根据转子运转形式，有可以分为内转子和外转子。

直流无刷电机的驱动分三种情况：

第一种，驱动器和电机集成的。要想直流无刷电机运转，必须有驱动器。一些小型无刷电机，驱动器和电机是集成的，例如下面这种散热风扇，我们在使用的时候只需要连接电源就可以运转。

第二种，电子调速器，像无人机上常用的直流无刷电机，就需要外接电子调速器并且给控制信号才能工作。

第三种，使用闭环控制，通常在工业运动控制中使用，电机内部集成了3相霍尔传感器，用来检测转子位置和转速，同时，配套的驱动板也比较复杂，集成了很多信号采集和电机保护功能，可以控制直流无刷电机的转速、转矩、方向等。

03

步进电机的驱动

步进电机运转必须有步进电机驱动器，而步进电机驱动器种类是很多，对于功率比较小的步进电机，就可以使用单片机，外加ULN2003或者MX1508来驱动，这种驱动比较繁琐，每一相的脉冲信号时序都要自己去控制。

还有一种就是使用集成驱动芯片设计的步进电机驱动器，例如TB6600、A4988等驱动芯片，这类驱动器驱动功率大、使用简单，控制只需提供速度、方向和使能信号，设定好驱动器参数，通过给定脉冲数量，就能使步进电机转动对应角度。

此外还有一种情况是驱动和电机一体的步进电机，这类步进电机还集成了编码器，一般应用在高精度的控制场合，这类步进电机可以通过串口通讯进行控制，也可以通过脉冲信号去控制。

关于电机驱动的问题，不是一篇文章就能说得完，由于篇幅有限，就介绍这么多了。总之，大家记住一点，单片机不能直接驱动电机，需要搭配合适的驱动威廉希尔官方网站 才可以。