第 8 章：控制风扇转起来

8.1 模块原理

此前我们学习了用芯片引脚直接驱动 LED 小灯、蜂鸣器等低功耗元件，本章将介绍需大电流驱动的直流电机。

生活中，洗衣机、电饭煲等大功率电器的功率可达上千瓦，3.3V 的电压无法直接驱动它们。这时，单片机引脚产生的微弱电流会作为开关电信号传输给三极管，由三极管来控制大电流的通断，从而实现用小信号控制大功率电器的目的。

如上图三极管示意图，基极（B）接收来自单片机 GPIO 引脚的微弱电信号，这个信号就像一个"开关指令"。集电极（C）与发射极（E）则与大功率用电器串联在主供电回路中，这个主供电路可以是 5V 电源，也可以是 220V 的家用电流，也可以是更高电流强度，具体能接什么，看这个三极管的设计。我们上一章讲过的蜂鸣器，其内部驱动电路同样利用了这种"小电流控制大负载"的原理，蜂鸣器上 I/O 接口为上图的基极，蜂鸣器之所以会响，其工作电流来自于发射极长通电流做功。

下面要讲的风扇模块，也是运用这个原理来控制的。和普通电机不同的是，风扇不仅能实现"通电转、断电停"，还可以正转和反转。其实原理本质是一样的，风扇的控制模块内置了两个三极管，通过"H 桥接"的方式（类似搭建一个电流换向的桥梁），分别控制电机正转和反转的回路。

如下图的风扇实图所示：

• VCC 接口：连接风扇的工作电源（比如风扇是 5V 供电就接 5V，如果是 220V 的电机就接 220V）

• GND 接口：连接公共地线（也就是电源的负极）

• INA 和 INB 接口：分别连接单片机的两个 GPIO 引脚，用来控制风扇的转向和启停：

  • 当 INA 接高电平、INB 接低电平时，电机正转；

  • 当 INA 接低电平、INB 接高电平时，电机反转；

  • 当两个引脚同时为高电平，或者同时为低电平时，电机都会停止转动。

高阶引申：三极管的基极开关并非简单的"有电就开、没电就关"，它更像一个可以调节的电阻旋钮。当输入的电信号电压达到设计阈值时，三极管会完全导通；当电压低于阈值时，三极管则会处于截止或放大状态，电流也会随之减弱。以教具中的风扇为例，它有 INA 和 INB 两个控制接口，风扇的最终工作电流大小，取决于这两个接口之间的电势差，因此，假设两个控制接口接入的都是高电平信号，两口之电压之差为 0，基极开关依然没有打开，风扇处于停止状态。

8.2 接线方法

风扇模块	Pico	说明
VCC	VBUS (Pin 40)，杜邦线连接	5V 供电
INA	GP17 (Pin 22)，直插面包板	风扇正转信号（顺时针）
INB	GP16 (Pin 21)，直插面包板	风扇反转信号（逆时针）
GND	GND (Pin 3)，杜邦线连接	共地

8.3 代码实现

为什么中间要停 1 秒？因为需要停一下释放完此前状态的动能，任何优秀的程序控制都不能违背物理定理。

8.4 风扇控制失效的原因和解决办法

学习本章时，有些学员可能会碰到这样的情况：程序明明让风扇正转，它却乱转；让它停，它却停不下来——这就叫"控制失效"。失效最常见的有两类原因：

• 线松了：风扇模块的 GND、INA（GP17）、INB（GP16）任意一根接触不良，控制信号就会异常；
• 引脚模式被抢占：用米思齐（Mixly）等软件生成代码时，初始化里会自动多出两行 pinMode，把引脚提前"占"成普通数字口，后面的调速（PWM）就失效了。Mind+ 生成的代码没有这个问题。

完整的排查步骤和原理分析（含 Mind+ 与米思齐的代码对比图），见第四册《跬步编程小车 D3 教程》的附录 B：风扇（H 桥）控制失效的常见原因与排查（教具包风扇接 GP16 / GP17，把附录里的 GP18 / GP19 对应换成 GP17 / GP16 即可）。