树莓派5-TB6612电机驱动模块完整实战教程

一、模块介绍

核心参数编辑

二、模块原理

[1. 核心原理图解析](#1. 核心原理图解析)

[2. 电机驱动原理](#2. 电机驱动原理)

三、程序设计

[1. 硬件接线定义](#1. 硬件接线定义)

[2. 树莓派GPIO模式说明（BCM vs BOARD）](#2. 树莓派GPIO模式说明（BCM vs BOARD）)

[2.1 BCM模式](#2.1 BCM模式)

优点：

缺点：

[2.2 BOARD模式](#2.2 BOARD模式)

优点：

缺点：

[3. 核心程序代码实现](#3. 核心程序代码实现)

四、实验效果

一、模块介绍

TB6612FNG 是东芝半导体公司生产的一款高性能直流电机驱动器件，核心采用大电流 MOSFET-H 桥结构，具备双通道电路输出能力，可同时驱动 2 个直流电机。该模块集成度极高，能提供充足的输出功率，在运行稳定性、能效比等方面表现优异，是集成化、小型化电机控制系统中的理想驱动方案，广泛应用于智能车、机器人、云台等嵌入式设备。

核心参数

二、模块原理

1. 核心原理图解析

TB6612FNG模块的核心是H桥驱动电路，以下是关键引脚与电路逻辑说明：

控制引脚：AIN1、AIN2（通道A控制）、BIN1、BIN2（通道B控制），用于控制电机正反转；

PWM引脚：PWMA、PWMB，用于输入PWM信号实现电机调速；

待机引脚（STBY）：高电平有效，低电平时模块进入待机状态，电机停止工作；

电源引脚：VM为电机驱动电源，VCC为逻辑控制电源，GND为公共地。

关键说明：本实战中仅使用通道A（AIN1、AIN2、PWMA）控制单个电机，STBY引脚直接接+3.3V确保模块正常工作，无需待机功能。

2. 电机驱动原理

TB6612FNG通过H桥电路的通断组合实现电机的正转、反转和停止，通过PWM信号的占空比调节实现调速，具体逻辑如下：

AIN1	AIN2	PWMA	电机状态
高电平（1）	低电平（0）	PWM信号	正转（转速由PWM占空比决定）
低电平（0）	高电平（1）	PWM信号	反转（转速由PWM占空比决定）
高电平（1）	高电平（1）	任意	制动（电机快速停止）
低电平（0）	低电平（0）	任意	停止（电机自由滑行）

调速原理：PWM信号的占空比（高电平时间/周期）决定电机转速。占空比越大，电机两端平均电压越高，转速越快；反之则转速越慢。本实验中PWM周期固定，通过调节高电平时间（即TIM的CCR寄存器值）改变占空比。

三、程序设计

本实战采用树莓派5，通过TB6612FNG模块实现电机的启停、调速功能，程序中使用Python的RPi.GPIO库控制GPIO引脚，核心涉及树莓派GPIO模式的选择与使用。

1. 硬件接线定义

树莓派5与TB6612FNG模块的硬件接线需严格对应GPIO引脚定义，本实验采用BCM模式进行引脚编号，具体接线关系如下表：

|----------|------------------|-------------|
| TB6612引脚 | 树莓派5 GPIO（BCM模式） | 功能说明 |
| AIN1 | GPIO20 | 电机方向控制引脚1 |
| AIN2 | GPIO21 | 电机方向控制引脚2 |
| PWMA | GPIO16 | PWM调速信号输入引脚 |
| STBY | +5V | 模块使能（禁止待机） |
| VM | 4.5-10V电机电源 | 为电机提供驱动电源 |
| VCC | 树莓派5V | 模块逻辑控制电源 |
| GND | 树莓派GND | 公共地（必须可靠连接） |

2. 树莓派GPIO模式说明（BCM vs BOARD）

树莓派GPIO有两种核心编号模式，分别为BCM模式和BOARD模式，两者优缺点及适用场景差异显著，直接影响接线与代码移植性，具体对比如下：

2.1 BCM模式

BCM模式按树莓派主控芯片（如BCM2835/2836）的内部GPIO寄存器编号定义引脚，本实验程序中GPIO.setmode(GPIO.BCM)即启用该模式。

优点：

移植性强：编号对应芯片GPIO寄存器，只要目标树莓派型号支持该BCM编号的GPIO功能（如GPIO16、20、21在多数型号中均为通用GPIO），代码可直接复用，无需修改引脚定义。

适配专业开发：符合嵌入式开发行业习惯，多数官方文档、开源项目均采用该模式，便于对接主流开发资源。

缺点：

接线不直观：编号与物理排针位置无直接关联，必须对照对应树莓派型号的"BCM编号-物理排针"对照表接线，新手易接错。

依赖引脚图：开发前需提前获取目标硬件的BCM引脚分布图，无法直接通过电路板直观判断编号。

2.2 BOARD模式

BOARD模式按树莓派GPIO排针的物理位置编号定义引脚（如第1脚、第12脚），直接对应电路板上的针脚序号。

优点：

接线直观：无需对照复杂引脚图，可直接按电路板针脚序号接线，新手入门门槛低。

调试便捷：能快速定位引脚，排查接线错误效率高，适合简单入门实验（如LED闪烁）。

缺点：

移植性差：不同树莓派型号（如3B+、4B、5）的排针功能分配可能不同，更换硬件后需重新修改引脚编号，无法直接复用代码。

不适合复杂项目：大型项目或跨型号产品开发中，频繁修改引脚定义会增加维护成本。

总结：本实验选择BCM模式，兼顾代码移植性与行业通用性；若为新手入门调试、固定硬件型号的简单项目，可选择BOARD模式。

3. 核心程序代码实现

采用Python语言编写控制程序，基于RPi.GPIO库实现电机方向控制、调速、急停及呼吸灯效果，核心代码如下：

python 复制代码

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# 设置引脚定义 - 根据硬件接线表
PWM_PIN = 16      # GPIO16 连接 TB6612 的 PWMA
AIN1_PIN = 20     # GPIO20 连接 TB6612 的 AIN1
AIN2_PIN = 21     # GPIO21 连接 TB6612 的 AIN2

# 电机控制常量
FORWARD = 1
BACKWARD = 2
STOP = 3

# 设置GPIO模式为BCM
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 设置引脚模式为输出
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(AIN1_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(AIN2_PIN, GPIO.OUT)

# 创建PWM对象，频率为1000Hz
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000)

# 启动PWM，初始占空比为0%（电机静止）
pwm.start(0)

def motor_control(direction, speed):
    """
    控制电机方向和速度
    direction: FORWARD(正转), BACKWARD(反转), STOP(停止)
    speed: 0-100 (占空比百分比)
    """
    if direction == FORWARD:
        GPIO.output(AIN1_PIN, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(AIN2_PIN, GPIO.LOW)
    elif direction == BACKWARD:
        GPIO.output(AIN1_PIN, GPIO.LOW)
        GPIO.output(AIN2_PIN, GPIO.HIGH)
    elif direction == STOP:
        GPIO.output(AIN1_PIN, GPIO.LOW)
        GPIO.output(AIN2_PIN, GPIO.LOW)
    
    pwm.ChangeDutyCycle(speed)
    print(f"Motor: {'Forward' if direction == FORWARD else 'Backward' if direction == BACKWARD else 'Stop'}, Speed: {speed}%")

def motor_brake():
    """电机刹车（急停）"""
    GPIO.output(AIN1_PIN, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(AIN2_PIN, GPIO.HIGH)
    pwm.ChangeDutyCycle(0)
    print("Motor: Brake")

try:
    print("TB6612 Motor Control Program Started. Press Ctrl+C to stop")
    print("PWM Pin: GPIO{}, AIN1: GPIO{}, AIN2: GPIO{}".format(PWM_PIN, AIN1_PIN, AIN2_PIN))
    
    # 测试电机控制
    print("\n1. Testing Forward Acceleration...")
    for speed in range(0, 101, 5):  # 正转加速
        motor_control(FORWARD, speed)
        time.sleep(0.1)
    
    time.sleep(1)
    
    print("\n2. Testing Forward Deceleration...")
    for speed in range(100, -1, -5):  # 正转减速
        motor_control(FORWARD, speed)
        time.sleep(0.1)
    
    time.sleep(1)
    
    print("\n3. Testing Backward Acceleration...")
    for speed in range(0, 101, 5):  # 反转加速
        motor_control(BACKWARD, speed)
        time.sleep(0.1)
    
    time.sleep(1)
    
    print("\n4. Motor Brake Test...")
    motor_brake()
    time.sleep(1)
    
    # 呼吸灯效果控制（正转方向）
    print("\n5. Starting Breathing Effect (Forward Direction)...")
    while True:
        # 逐渐加速（0%到100%）
        for speed in range(0, 101, 1):
            motor_control(FORWARD, speed)
            time.sleep(0.02)
        
        # 逐渐减速（100%到0%）
        for speed in range(100, -1, -1):
            motor_control(FORWARD, speed)
            time.sleep(0.02)
        
        # 短暂停止
        motor_control(STOP, 0)
        time.sleep(0.5)
            
except KeyboardInterrupt:
    print("\nProgram interrupted by user")
    
finally:
    # 确保电机停止
    motor_control(STOP, 0)
    
    # 停止PWM信号输出
    pwm.stop()
    
    # 清理GPIO设置，释放资源
    GPIO.cleanup()
    print("GPIO cleaned up, program exited")

代码说明：程序先完成GPIO初始化与PWM配置，通过motor_control函数实现方向与转速控制，motor_brake函数实现急停；主逻辑中依次完成正转加速、减速、反转加速、急停测试，最后进入呼吸灯效果循环，确保电机控制功能全面且可验证。

四、实验效果

程序启动后，终端打印启动信息与引脚连接关系，电机初始静止（PWM占空比0%）；

正转加速阶段：电机从静止逐渐加速至最高转速，终端同步打印每级转速（0%→100%，步长5），加速过程平稳无明显抖动；

正转减速阶段：电机从最高转速逐渐减速至静止，终端实时反馈转速变化，减速过程线性可控；

反转加速阶段：电机反向启动并逐渐加速至最高转速，转向切换清晰，无卡顿现象；

急停测试阶段：执行motor_brake()函数后，电机快速制动停转，相较于自由停止（STOP），制动响应更快、定位更准；

呼吸灯效果阶段：电机正转方向呈现"加速→减速→短暂停止"的循环，转速平滑变化，类似呼吸灯效果，运行稳定无顿挫；

按下Ctrl+C可中断程序，程序进入finally清理阶段，自动停止电机、关闭PWM输出并释放GPIO资源，避免引脚状态异常影响后续使用。

2.PWM+TB6612控制电机