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

在電子工程領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)常見且重要的應(yīng)用場景。今天我們來詳細(xì)介紹一下 Adafruit TB6612 1.2A DC/Stepper Motor Driver Breakout Board，這是一款功能強(qiáng)大且易于使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。

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一、概述

TB6612 驅(qū)動(dòng)板可以驅(qū)動(dòng)四個(gè)螺線管、兩個(gè)直流電機(jī)，或者一個(gè)雙極或單極步進(jìn)電機(jī)，每個(gè)通道的電流可達(dá) 1.2A。它是 Adafruit Motorshield 和 Motor HAT 中使用的驅(qū)動(dòng)芯片。這款驅(qū)動(dòng)板將 TB6612 芯片焊接在一個(gè) breakout 板上，在電機(jī)電壓輸入處設(shè)有極性保護(hù) FET，“待機(jī)” 使能引腳有上拉電阻。每個(gè)芯片包含兩個(gè)全橋（四個(gè)半橋），意味著它有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。不過要注意，芯片的電流限制為 1.2A，雖然能承受 3A 的峰值電流，但只能持續(xù)約 20 毫秒。另外，它內(nèi)部集成了反激二極管，能避免感應(yīng)反沖損壞項(xiàng)目或驅(qū)動(dòng)板。

該驅(qū)動(dòng)板的邏輯電壓范圍是 2.7V - 5V，電機(jī)電壓范圍是 4.5V - 13.5V，不太適合 3V 電機(jī)。購買時(shí)附帶一個(gè)組裝并測試好的 breakout 板和一小條引腳頭，需要進(jìn)行簡單的焊接操作將引腳頭連接到 breakout PCB 上，不過 Arduino、電機(jī)和電源需要自己準(zhǔn)備。

二、引腳定義

電源引腳

• Vmotor：電機(jī)電壓輸入，范圍在 4.5V - 13.5V。由于電源會產(chǎn)生噪聲，如果系統(tǒng)中有模擬讀數(shù)或?qū)?a target="_blank">射頻等噪聲敏感的部件，可能需要將電源分開或進(jìn)行濾波處理。
• Vcc：邏輯電壓輸入，可設(shè)置為微控制器使用的邏輯電壓，例如 Arduino 一般使用 5V，范圍是 2.7V - 5.5V，適用于 3V 或 5V 邏輯。
• GND：邏輯和電機(jī)的公共地，所有地都連接在一起。

信號輸入引腳

這些引腳都是 “Vcc 邏輯電平” 輸入：

• INA1、INA2：電機(jī) A 橋的兩個(gè)輸入。
• PWMA：電機(jī) A 橋的 PWM 輸入，如果不需要 PWM 控制，將其連接到邏輯高電平。
• INB1、INB2：電機(jī) B 橋的兩個(gè)輸入。
• PWMB：電機(jī) B 橋的 PWM 輸入，如果不需要 PWM 控制，將其連接到邏輯高電平。
• STBY：待機(jī)引腳，通過一個(gè) 10K 電阻上拉到 Vcc，連接到地可禁用兩個(gè)電機(jī)。

電機(jī)輸出引腳

這些是 “Vmotor 電平” 的功率輸出：

• Motor A：電機(jī) A 的兩個(gè)輸出，由 INA1、INA2 和 PWMA 控制。
• Motor B：電機(jī) B 的兩個(gè)輸出，由 INB1、INB2 和 PWMB 控制。

三、組裝步驟

準(zhǔn)備引腳頭

如果需要，將引腳頭切割到合適的長度。把引腳頭插入面包板，長引腳朝下，這樣焊接會更容易。

添加 breakout 板

將 breakout 板放在引腳上，使短引腳穿過 breakout 板的焊盤。

焊接

確保焊接所有引腳，以實(shí)現(xiàn)可靠的電氣連接。如果對焊接不太熟悉，可以參考 Adafruit 的《Guide to Excellent Soldering》（https://adafru.it/aTk）。

四、Arduino 使用步進(jìn)電機(jī)

接線

以推薦的 12V 電機(jī)電壓、每轉(zhuǎn) 200 步的雙極步進(jìn)電機(jī)為例，將其連接到 Metro 微控制器（也可以使用其他微控制器）：

• Vmotor 連接到 12V（紅色線）
• Vcc 連接到 5V（橙色線）
• GND 連接到地
• AIN2 連接到數(shù)字引腳 4
• AIN1 連接到數(shù)字引腳 5
• BIN1 連接到數(shù)字引腳 6
• BIN2 連接到數(shù)字引腳 7
• PWMA 和 PWMB 連接到 Vcc（橙色線）

然后將一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)線圈連接到 Motor A（紅色和黃色線），另一個(gè)線圈連接到 Motor B（綠色和灰色/棕色線）。如果電機(jī)振動(dòng)但不旋轉(zhuǎn)，檢查所有電線連接，嘗試交換一對電線或重新檢查線對。如果是單極電機(jī)，會有第 5 或第 6 根線是 “公共” 線，將這些線連接到 breakout 板上 Motor A 和 B 輸出之間的 GND 引腳。

軟件

使用 Arduino 的內(nèi)置 Stepper 庫（https://adafru.it/eRw），示例代碼如下：

#include 
#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);
}

創(chuàng)建 Stepper 對象后，可以使用 setSpeed(rpm) 設(shè)置轉(zhuǎn)速（單位：RPM），使用 step(steps) 控制步進(jìn)，steps 為正表示正向，為負(fù)表示反向。更多詳細(xì)信息可查看 Stepper 庫文檔。

五、Python & CircuitPython 使用步進(jìn)電機(jī)

CircuitPython 微控制器接線

以 Metro M4 為例，需要插入 9V 電源到 Metro 的桶形插孔，并確保開關(guān)處于 “on” 狀態(tài)，為步進(jìn)電機(jī)提供足夠的電源。連接方式如下：

• 板的 VM 連接到 Metro 的 VIN
• 板的 GND 連接到 Metro 的 GND
• 板的 VCC 連接到面包板電源軌
• 板的 PWMB 連接到面包板電源軌
• 板的 BIN2 連接到 Metro 的 D12
• 板的 BIN1 連接到 Metro 的 D11
• 板的 AIN1 連接到 Metro 的 D9
• 板的 AIN2 連接到 Metro 的 D10
• 板的 PWMA 連接到面包板電源軌
• 面包板電源軌連接到 Metro 的 5V
• 板的 MOTORA（兩個(gè)引腳）連接到步進(jìn)電機(jī)線圈（紅色和黃色線）
• 板的 MOTORB（兩個(gè)引腳）連接到步進(jìn)電機(jī)線圈（綠色和灰色線）
• 9V 電源連接到 Metro 的桶形插孔

Python 計(jì)算機(jī)接線

以 Raspberry Pi 為例，Raspberry Pi 不能為步進(jìn)電機(jī)提供足夠的電源，需要使用 9V 電源為驅(qū)動(dòng)板供電。連接方式如下：

• 板的 VM 連接到桶形插孔的正極端
• 板的 GND 連接到桶形插孔的負(fù)極端
• 桶形插孔連接到 9V 電源
• 板的 VCC 連接到面包板電源軌
• 板的 GND 連接到 Pi 的 GND
• 板的 PWMB 連接到面包板電源軌
• 板的 BIN2 連接到 Pi 的 D21
• 板的 BIN1 連接到 Pi 的 D20
• 板的 AIN1 連接到 Pi 的 D19
• 板的 AIN2 連接到 Pi 的 D26
• 板的 PWMA 連接到面包板電源軌
• 面包板電源軌連接到 Pi 的 3.3V
• 板的 MOTORA（兩個(gè)引腳）連接到步進(jìn)電機(jī)線圈（紅色和黃色線）
• 板的 MOTORB（兩個(gè)引腳）連接到步進(jìn)電機(jī)線圈（綠色和灰色線）

CircuitPython 電機(jī)庫安裝

首先確保運(yùn)行的是 Adafruit CircuitPython 的最新版本（https://adafru.it/Em8），然后從 Adafruit 的 CircuitPython 庫包（https://adafru.it/ENC）中找到并安裝 adafruit_motor 庫。確保板的 lib 文件夾或根文件系統(tǒng)中有 adafruit_motor 文件夾。

Python 電機(jī)庫安裝

需要安裝 Adafruit_Blinka 庫，可能還需要在平臺上啟用 I2C 并確保運(yùn)行的是 Python 3。根據(jù)不同平臺，可參考《CircuitPython on Linux》指南（https://adafru.it/BSN）進(jìn)行準(zhǔn)備。安裝完成后，在命令行運(yùn)行 pip3 install adafruit-circuitpython-motor。

CircuitPython & Python 使用示例

以下是控制步進(jìn)電機(jī)的代碼示例，將其保存為 code.py 到 CIRCUITPY 驅(qū)動(dòng)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()

代碼中，首先導(dǎo)入必要的庫，設(shè)置每個(gè)電機(jī)控制語句之間的延遲時(shí)間 DELAY 和每個(gè)控制塊使用的步數(shù) STEPS。然后設(shè)置驅(qū)動(dòng)板使用的引腳，根據(jù)實(shí)際使用的設(shè)備（微控制器或 Raspberry Pi）選擇相應(yīng)的引腳。將所有引腳設(shè)置為輸出，并實(shí)例化電機(jī)對象。最后，使用 onestep() 方法控制電機(jī)的步進(jìn)。你可以根據(jù)需要調(diào)整代碼中的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)不同的電機(jī)控制效果。

六、下載資源

• 數(shù)據(jù)手冊：可查看 TB6612 的詳細(xì)信息，包括引腳電壓限制、電容等（https://adafru.it/emK）。
• Fritzing 對象：在 Adafruit Fritzing 庫中（https://adafru.it/aP3）。
• EagleCAD PCB 文件：可用于 PCB 設(shè)計(jì)（https://adafru.it/rF1）。

總之，Adafruit TB6612 驅(qū)動(dòng)板為電機(jī)控制提供了一個(gè)方便、可靠的解決方案。無論是使用 Arduino 還是 Python/CircuitPython，都能輕松實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。大家在實(shí)際使用過程中，不妨多嘗試不同的參數(shù)和控制方式，看看能實(shí)現(xiàn)哪些有趣的效果呢？