目录
一、模块介绍
核心参数编辑
二、模块原理
1. 核心原理图解析
2. 电机驱动原理
三、程序设计
1. 硬件接线定义
2. 树莓派GPIO模式说明（BCM vs BOARD）
2.1 BCM模式
优点：
缺点：
2.2 BOARD模式
优点：
缺点：
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，能给出充足的输出功率，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：本实战中仅启用通道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（电机高效停止） |
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，经过调节高电平时间（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，借助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模式的选择与利用。
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能力（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：符合嵌入式制作行业习惯，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：构建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）的排针作用分配可能不同，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、固定硬件型号的容易项目，可选择BOARD模式。
3. 核心程序代码搭建
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：
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
代码启动后，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
