Adafruit TB6612 1.2A DC/Stepper Motor Driver Breakout Board使用指南

在电子工程领域，电机驱动是一个常见且重要的应用场景。今天我们来详细介绍一下 Adafruit TB6612 1.2A DC/Stepper Motor Driver Breakout Board，这是一款功能强大且易于使用的电机驱动板。

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一、概述

TB6612 驱动板可以驱动四个螺线管、两个直流电机，或者一个双极或单极步进电机，每个通道的电流可达 1.2A。它是 Adafruit Motorshield 和 Motor HAT 中使用的驱动芯片。这款驱动板将 TB6612 芯片焊接在一个 breakout 板上，在电机电压输入处设有极性保护 FET，“待机” 使能引脚有上拉电阻。每个芯片包含两个全桥（四个半桥），意味着它有很强的驱动能力。不过要注意，芯片的电流限制为 1.2A，虽然能承受 3A 的峰值电流，但只能持续约 20 毫秒。另外，它内部集成了反激二极管，能避免感应反冲损坏项目或驱动板。

该驱动板的逻辑电压范围是 2.7V - 5V，电机电压范围是 4.5V - 13.5V，不太适合 3V 电机。购买时附带一个组装并测试好的 breakout 板和一小条引脚头，需要进行简单的焊接操作将引脚头连接到 breakout PCB 上，不过 Arduino、电机和电源需要自己准备。

二、引脚定义

电源引脚

• Vmotor：电机电压输入，范围在 4.5V - 13.5V。由于电源会产生噪声，如果系统中有模拟读数或对射频等噪声敏感的部件，可能需要将电源分开或进行滤波处理。
• Vcc：逻辑电压输入，可设置为微控制器使用的逻辑电压，例如 Arduino 一般使用 5V，范围是 2.7V - 5.5V，适用于 3V 或 5V 逻辑。
• GND：逻辑和电机的公共地，所有地都连接在一起。

信号输入引脚

这些引脚都是 “Vcc 逻辑电平” 输入：

• INA1、INA2：电机 A 桥的两个输入。
• PWMA：电机 A 桥的 PWM 输入，如果不需要 PWM 控制，将其连接到逻辑高电平。
• INB1、INB2：电机 B 桥的两个输入。
• PWMB：电机 B 桥的 PWM 输入，如果不需要 PWM 控制，将其连接到逻辑高电平。
• STBY：待机引脚，通过一个 10K 电阻上拉到 Vcc，连接到地可禁用两个电机。

电机输出引脚

这些是 “Vmotor 电平” 的功率输出：

• Motor A：电机 A 的两个输出，由 INA1、INA2 和 PWMA 控制。
• Motor B：电机 B 的两个输出，由 INB1、INB2 和 PWMB 控制。

三、组装步骤

准备引脚头

如果需要，将引脚头切割到合适的长度。把引脚头插入面包板，长引脚朝下，这样焊接会更容易。

添加 breakout 板

将 breakout 板放在引脚上，使短引脚穿过 breakout 板的焊盘。

焊接

确保焊接所有引脚，以实现可靠的电气连接。如果对焊接不太熟悉，可以参考 Adafruit 的《Guide to Excellent Soldering》（https://adafru.it/aTk）。

四、Arduino 使用步进电机

接线

以推荐的 12V 电机电压、每转 200 步的双极步进电机为例，将其连接到 Metro 微控制器（也可以使用其他微控制器）：

• Vmotor 连接到 12V（红色线）
• Vcc 连接到 5V（橙色线）
• GND 连接到地
• AIN2 连接到数字引脚 4
• AIN1 连接到数字引脚 5
• BIN1 连接到数字引脚 6
• BIN2 连接到数字引脚 7
• PWMA 和 PWMB 连接到 Vcc（橙色线）

然后将一个步进电机的一个线圈连接到 Motor A（红色和黄色线），另一个线圈连接到 Motor B（绿色和灰色/棕色线）。如果电机振动但不旋转，检查所有电线连接，尝试交换一对电线或重新检查线对。如果是单极电机，会有第 5 或第 6 根线是 “公共” 线，将这些线连接到 breakout 板上 Motor A 和 B 输出之间的 GND 引脚。

软件

使用 Arduino 的内置 Stepper 库（https://adafru.it/eRw），示例代码如下：

#include < Stepper.h >
#define STEPS 200
Stepper stepper(STEPS, 4, 5, 6, 7);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Stepper test!");
  stepper.setSpeed(60);
}

void loop() {
  Serial.println("Forward");
  stepper.step(STEPS);
  Serial.println("Backward");
  stepper.step(-STEPS);
}

创建 Stepper 对象后，可以使用 setSpeed(rpm) 设置转速（单位：RPM），使用 step(steps) 控制步进，steps 为正表示正向，为负表示反向。更多详细信息可查看 Stepper 库文档。

五、Python & CircuitPython 使用步进电机

CircuitPython 微控制器接线

以 Metro M4 为例，需要插入 9V 电源到 Metro 的桶形插孔，并确保开关处于 “on” 状态，为步进电机提供足够的电源。连接方式如下：

• 板的 VM 连接到 Metro 的 VIN
• 板的 GND 连接到 Metro 的 GND
• 板的 VCC 连接到面包板电源轨
• 板的 PWMB 连接到面包板电源轨
• 板的 BIN2 连接到 Metro 的 D12
• 板的 BIN1 连接到 Metro 的 D11
• 板的 AIN1 连接到 Metro 的 D9
• 板的 AIN2 连接到 Metro 的 D10
• 板的 PWMA 连接到面包板电源轨
• 面包板电源轨连接到 Metro 的 5V
• 板的 MOTORA（两个引脚）连接到步进电机线圈（红色和黄色线）
• 板的 MOTORB（两个引脚）连接到步进电机线圈（绿色和灰色线）
• 9V 电源连接到 Metro 的桶形插孔

Python 计算机接线

以 Raspberry Pi 为例，Raspberry Pi 不能为步进电机提供足够的电源，需要使用 9V 电源为驱动板供电。连接方式如下：

• 板的 VM 连接到桶形插孔的正极端
• 板的 GND 连接到桶形插孔的负极端
• 桶形插孔连接到 9V 电源
• 板的 VCC 连接到面包板电源轨
• 板的 GND 连接到 Pi 的 GND
• 板的 PWMB 连接到面包板电源轨
• 板的 BIN2 连接到 Pi 的 D21
• 板的 BIN1 连接到 Pi 的 D20
• 板的 AIN1 连接到 Pi 的 D19
• 板的 AIN2 连接到 Pi 的 D26
• 板的 PWMA 连接到面包板电源轨
• 面包板电源轨连接到 Pi 的 3.3V
• 板的 MOTORA（两个引脚）连接到步进电机线圈（红色和黄色线）
• 板的 MOTORB（两个引脚）连接到步进电机线圈（绿色和灰色线）

CircuitPython 电机库安装

首先确保运行的是 Adafruit CircuitPython 的最新版本（https://adafru.it/Em8），然后从 Adafruit 的 CircuitPython 库包（https://adafru.it/ENC）中找到并安装 adafruit_motor 库。确保板的 lib 文件夹或根文件系统中有 adafruit_motor 文件夹。

Python 电机库安装

需要安装 Adafruit_Blinka 库，可能还需要在平台上启用 I2C 并确保运行的是 Python 3。根据不同平台，可参考《CircuitPython on Linux》指南（https://adafru.it/BSN）进行准备。安装完成后，在命令行运行 pip3 install adafruit-circuitpython-motor。

CircuitPython & Python 使用示例

以下是控制步进电机的代码示例，将其保存为 code.py 到 CIRCUITPY 驱动器：

# SPDX-FileCopyrightText: 2021 ladyada for Adafruit Industries
# SPDX-License-Identifier: MIT
import time
import board
import digitalio
from adafruit_motor import stepper

DELAY = 0.01
STEPS = 200

# 微控制器使用
coils = (
    digitalio.DigitalInOut(board.D9),  # A1
    digitalio.DigitalInOut(board.D10), # A2
    digitalio.DigitalInOut(board.D11), # B1
    digitalio.DigitalInOut(board.D12)  # B2
)
# Raspberry Pi 使用
# coils = (
#     digitalio.DigitalInOut(board.D19), # A1
#     digitalio.DigitalInOut(board.D26), # A2
#     digitalio.DigitalInOut(board.D20), # B1
#     digitalio.DigitalInOut(board.D21)  # B2
# )

for coil in coils:
    coil.direction = digitalio.Direction.OUTPUT

motor = stepper.StepperMotor(coils[0], coils[1], coils[2], coils[3], microsteps=None)

for step in range(STEPS):
    motor.onestep()
    time.sleep(DELAY)

for step in range(STEPS):
    motor.onestep(direction=stepper.BACKWARD)
    time.sleep(DELAY)

for step in range(STEPS):
    motor.onestep(style=stepper.DOUBLE)
    time.sleep(DELAY)

for step in range(STEPS):
    motor.onestep(direction=stepper.BACKWARD, style=stepper.DOUBLE)
    time.sleep(DELAY)

for step in range(STEPS):
    motor.onestep(style=stepper.INTERLEAVE)
    time.sleep(DELAY)

for step in range(STEPS):
    motor.onestep(direction=stepper.BACKWARD, style=stepper.INTERLEAVE)
    time.sleep(DELAY)

motor.release()

代码中，首先导入必要的库，设置每个电机控制语句之间的延迟时间 DELAY 和每个控制块使用的步数 STEPS。然后设置驱动板使用的引脚，根据实际使用的设备（微控制器或 Raspberry Pi）选择相应的引脚。将所有引脚设置为输出，并实例化电机对象。最后，使用 onestep() 方法控制电机的步进。你可以根据需要调整代码中的参数，以实现不同的电机控制效果。

六、下载资源

• 数据手册：可查看 TB6612 的详细信息，包括引脚电压限制、电容等（https://adafru.it/emK）。
• Fritzing 对象：在 Adafruit Fritzing 库中（https://adafru.it/aP3）。
• EagleCAD PCB 文件：可用于 PCB 设计（https://adafru.it/rF1）。

总之，Adafruit TB6612 驱动板为电机控制提供了一个方便、可靠的解决方案。无论是使用 Arduino 还是 Python/CircuitPython，都能轻松实现步进电机的控制。大家在实际使用过程中，不妨多尝试不同的参数和控制方式，看看能实现哪些有趣的效果呢？