我們知道電機一般分為電動機和發電機，電動機是將電能轉化成機械能的裝置，發電機是將即機械能轉化成電能的裝置，電機運行原理都是基於法拉第電磁感應定律的。電機進行能量轉換時，必須具備能作相對運動的兩大部件：
- 建立勵磁磁場的部件，
- 感生電動勢並流過工作電流的被感應部件。
這兩個部件中，靜止的稱為定子，作旋轉運動的稱為轉子。電磁轉矩由氣隙中勵磁磁場與被感應部件中電流所建立的磁場相互作用產生。通過電磁轉矩的作用，發電機從機械系統吸收機械功率，電動機向機械系統輸出機械功率。建立上述兩個磁場的方式不同，就形成了不同種類的電機。今天我們要說的就是在創客領域或是科技DIY製作中或是一些常規項目中被普遍用到的直流電動機，習慣被稱為直流電機或者電機。
直流電機的內部結構
它的固定部分（定子）上，裝設了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉部分（轉子）上裝設電樞鐵心。定子與轉子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。
直流電機的運行原理
假如使用單片機來控制額定輸入電壓為5v的電機，有這樣一個現象：給電機的兩根線直接接上電源，電機就運動起來了，然後將兩根線反著接，電機將會反轉。這是為什麼呢？
我們首先來看這樣一個動圖：
上面說的這個現象也是很好解釋的，看圖：
假如給兩個電刷加上直流電源，則有直流電流從電刷 A 流入，經過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據電磁感應知識，載流導體ab和cd將受到安培力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針轉動。注意，外加的電源是直流的，但由於電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產生的轉矩的方向卻是不變的。假如這個轉動的方向我們規定為正方向，那麼當我們對調vcc和gnd的時候，出現的反轉，也就很好解釋了，其實就是導體棒受到的安培力的方向不同罷了。
原理就簡單的說這麼多了。
對於直流電機，其實我們使用控制器來控制，其實只關心兩個東西：
- 怎麼調速？
- 怎麼控制轉動的方向？
下面我們就來具體說說。
直流電機的調速和方向
方向的控制是電機的控制核心點之一，我們為了實現正轉和反轉我們不可能去頻繁的調換VCC和GND，這肯定是不現實的，那麼有沒有一種電路來幫我們來實現這個功能的呢？答案是肯定的，這種典型的電機驅動電路被稱作"H橋"驅動電路。它即可以控制電機的轉動方向，又可以進行調速。還有一個原因，我們知道普通的單片機的IO的驅動能力是不足的，可能 驅動個led 、蜂鳴器啥的還可以，但是像電機這種就不行了，為了驅動大功率負載，我們就必須藉助一些其他的電子元器件，這就是在硬件領域最重要的開關管三極管，以此達到小電流控制大電流的目的。不過三極管的驅動能力還是比較弱的，能允許通過的最大電流僅為800mA，只適合做一些玩具類小車的驅動，想要驅動更大功率的電機，就要把三極管換成工作電流更大的MOS管了。
我們先看一個典型的H橋電路：
圖中有4個三極管，其中Q1、Q3為PNP型，Q2、Q4為NPN型，三極管在電路中一般起到的開關的作用，當Q1和Q4都打開而Q2和Q3都閉合的條件下，電機就變成一端接電源另一端接地，就可以實現電機的正向旋轉，如下圖所示：
而當Q2和Q3都打開而Q1和Q4都閉合的條件下，電機的兩端接法就反過來，則實現電機的反向旋轉，如下圖所示：
我們知道電機的調速用的是PWM技術即脈衝寬度調製技術，pwm的脈衝信號經過一般經過光電耦合器隔離後，驅動場效應管或者三極管，再驅動電機。電機接受的是脈衝電壓，由於電機的電感等有濾波作用，電機的有效電壓是脈衝電壓的平均值，改變脈衝寬度就改變了電機的電壓平均值，從而調整了電機的轉速。
所以，直流電機的控制，對於單片機而言，會用去兩個IO口，一個是普通IO口，用於方向的控制，一個必須是能輸出PWM的IO口，用於速度的控制。
給一個簡單的arduino的控制的入口函數：
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