一、单片机引脚为什么无法直接控制电机或风扇？

实际上，单片机的控制引脚，包括51单片机或者STM32的引脚，一般只是作为信号电流，其引脚驱动能力都比较弱，一般都在10-20mA；而查看STM32规格书可知，其引脚的驱动电流最大为25mA。

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图1

5V直流电机或者散热风扇工作电流一般都在100mA以上，如果直接接到单片机引脚上，当引脚输出高电平时，引脚的电压可能在1-2V，导致无法驱动电机及风扇。所以为了提高单片机引脚的驱动能力，往往要使用三极管或者MOS管作为驱动元件，单片机通过三极管或MOS管的通断，间接来控制电机或风扇，以此达到增大单片机引脚的驱动能力。


1.51单片机引脚控制

采用51单片机控制来控制+5V直流电机或者风扇时，一般可采用NPN或NMOS和PNP或PMOS两种方式；两种电路的电流驱动能力取决于所使用的三极管或MOS管，而单片机引脚只起到电路开关作用。如下图：

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图2

NPN驱动电路

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图3

PNP驱动电路

2.STM32单片机引脚控制

如果采用STM32来控制+5V的电路，由于MCU的电平范围为0-3.3V，其控制电路还需要再改造一下。说明一下，STM32引脚只有部分引脚能耐受+5V电压，部分是无法耐受+5V电压。至于如何判断该引脚是否能耐受+5V电压，可查看STM32规格书：引脚标注由“FT”字样，表示该引脚可耐受+5V电压。如图：

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图4

为了使单片机引脚能匹配驱动电路的控制电平，需让单片机引脚输出高电平时，电压能达到+5V。其方法主要由两种：


法1：MCU引脚设置为开漏输出，然后引脚使用10k电阻上拉至+5V，这样就可使STM32输出高电平时，电压为+5V。如图：

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图5

法2：MCU引脚设置为推挽输出，驱动电路采用NPN+PNP或NPN+NPN电路。MCU引脚使用+3.3V电压控制NPN电路，NPN电路输出+5V电压来控制NPN电路(NPN+PNP模式为单片机输出高电平导通；NPN+NPN模式为单片机输出低电平导通)；其控制电路如图：

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图6

只要单片机引脚控制电平与驱动电路所要求的控制电压匹配，单片机采用较稳定地控

制驱动电路。


二、手持小风扇的电路原理

电商平台比如拼夕夕上的手持小风扇，几块钱就可以包邮到家：

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图7

单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图8
开拆，这是正面：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图9
这是背面，可以看到电池仓，用来放1颗18650电池：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图10
铭牌上标注了参数：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图11
仔细看名牌，会发现它乱标参数，比如不应该标“Output voltage”，因为这不是需要往外输出电压的充电宝。卸掉两颗螺丝，轻松拆开：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图12
里面只有一块小电路板：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图13
根据实物绘制电路原理图：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图14
与电路原理图对应，在实物图上进行标注：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图15
电路大体可以分为两部分：
1.电源电路（充电电路）：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图16
当USB插座CN1插入电源时，Vmain的电压为5V。
充电芯片U2对电池进行充电，同时红色的LED1亮起：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图17
2.主控电路：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图18
单片机U1型号不详，其通过PWM（脉冲宽度调制）来调节风扇的转速：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图19
可以设置不同的PWM占空比来调节风扇的转速：
单片机控制直流电机电路解析，以及手持小风扇的电路原理图20
举例：
①当PWM为25% duty cycle时，转速为25%；
②当PWM为50% duty cycle时，转速为50%；
③当PWM为100% duty cycle时，转速为100%。
当风扇为开启状态时，蓝色灯LED2会亮起，注意这里没有使用限流电阻。

下面测量功耗，用可调电源3.7V代替18650电池对小风扇进行供电：
关机状态下，电流为0；
一档风力时，电流为0.214A；
二档风力时，电流为0.262A；
三档风力时，电流为0.356A。

通过上面的分析，可以看出这是一支价格便宜、原理简单的手持小风扇，有明显的改进空间，比如没有USB的防反接电路，电池供电时二极管D1会导致能量浪费等。