DIY聲光動作秀：用Arduino和Raspberry Pi打造有趣的聲光動態專題(YX02941)
Make: Action: Movement, Light, and Sound with Arduino and Raspberry Pi

類別： 行銷‧趨勢‧理財>資訊科技
叢書系列：馥林文化
作者：西蒙‧孟克
       Simon Monk
譯者：屠建明
出版社：馥林文化
出版日期：2017年06月30日
定價：460 元
售價：363 元(約79折)
開本：18開／平裝／336頁
ISBN：9789864050437

【第8章 進階馬達控制】

▼  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。