任务介绍

本次参赛我选择的是2026 Make Blocks设计挑战赛第二期的任务三——直流电机驱动模块设计。本项目任务为设计一款基于集成 H 桥驱动 IC 的小型直流有刷电机驱动模块，核心目标是实现电机正转、反转、停止控制及 PWM 调速功能，满足≥6V 工作电压要求，并提供标准接口以适配 MCU 开发板。项目需选用 DigiKey 官网在售的集成驱动芯片，无需自行搭建分立元件 H 桥，通过规范的电路设计与 PCB 制作，完成一款功能完整、可直接应用的电机驱动硬件模块，为小型电机控制系统提供可靠的硬件支撑。

方案介绍

本项目围绕 “小型直流有刷电机驱动模块” 的开发需求，以TB6612FNG 集成 H 桥驱动芯片为核心，构建了一套功能完整、接口规范、性能稳定的电机驱动方案。方案严格遵循任务要求，全程以 “集成化设计、标准化接口、高可靠性” 为核心原则，从电源系统、控制逻辑、驱动输出、器件选型四大维度完成整体设计，实现了电机正转、反转、停止及 PWM 调速的全部功能，同时兼顾可扩展性与调试便捷性。

一、总体方案概述

本方案采用 “核心驱动芯片 + 电源滤波 + 标准接口” 的模块化架构，整体分为三大功能单元：

1.电源滤波单元：为芯片逻辑电路和电机负载提供稳定、低噪声的供电，同时抑制电源波动对驱动性能的影响；

2.控制信号接口单元：提供与 MCU 开发板兼容的标准接口，接收方向控制、PWM 调速及芯片使能信号；

3.驱动输出单元：通过芯片内置双路 H 桥，直接输出电机驱动信号，实现对两路直流电机的独立控制。

方案选用的 TB6612FNG 芯片为东芝量产的成熟集成驱动器件，内置低导通内阻的 MOSFET H 桥，无需用户搭建分立元件 H 桥电路，大幅降低了设计复杂度与调试难度，同时满足 DigiKey 官网在售的器件采购要求。

TB6612FNG:TB6612FNG,C,8,EL Toshiba Semiconductor and Storage | 电机驱动器，控制器 - DigiKey

二、分模块详细设计

1. 电源系统方案

为保障模块稳定工作，设计了双路独立供电 + 多级滤波的电源方案：

电机动力电源（VM）：为电机负载提供动力，支持≥6V 的工作电压，通过 10μF 电解电容与 0.1μF 陶瓷电容的组合滤波，抑制电机启停时的电源尖峰与纹波，避免电压波动影响芯片工作；

逻辑电源（VCC）：为芯片内部控制电路供电，搭配 0.1μF 去耦电容滤除高频干扰，保障控制信号的稳定性；

地回路设计：将功率地（PGND）与信号地（GND）就近连接，减少地环路干扰，避免电机负载的电流波动影响逻辑电路的信号采集。

2. 控制信号接口方案

为适配 MCU 开发板的连接需求，设计了标准 8Pin 控制接口（JP2），信号定义与主流开发板的 GPIO/PWM 接口兼容：

方向控制信号：通过AIN1/AIN2、BIN1/BIN2两组差分信号，实现电机正转、反转、停止三种状态控制，控制逻辑简单清晰，无需复杂的算法配合；

PWM 调速信号：通过PWMA、PWMB两路独立 PWM 输入，分别控制两路电机的转速，调速范围宽、响应速度快，可直接对接 MCU 的定时器 PWM 输出引脚；

芯片使能信号：预留STBY待机控制引脚，可通过 MCU 控制芯片进入低功耗待机状态，在无需驱动电机时降低模块功耗，提升系统能效。

3. 驱动输出方案

模块通过 TB6612FNG 内置的双路独立 H 桥，实现两路电机的独立驱动输出：

每路驱动输出端AO1/AO2、BO1/BO2可直接连接直流有刷电机，无需额外的功率放大电路；

芯片内置过流保护、过热保护及欠压锁定功能，当电机负载过大或芯片温度过高时，会自动关断输出，避免器件损坏，提升模块的可靠性与安全性；

输出端搭配对称的 PCB 走线设计，减少信号反射与电磁干扰，保证两路驱动信号的一致性。

4. 器件选型方案

核心器件选型严格遵循任务要求，优先选用 DigiKey 官网在售、性能成熟的量产器件：

主驱动芯片：选用 TB6612FNG，其最大连续驱动电流达 1.2A，峰值电流 3.2A，完全满足小型直流有刷电机的驱动需求，且导通内阻低、发热小，无需额外散热措施；

滤波电容：选用常规 0805 封装陶瓷电容与电解电容，均为通用型号，采购便捷，同时兼顾滤波效果与 PCB 布局空间；

接口端子：选用标准 2.54mm 间距排针，兼容主流开发板的杜邦线连接，方便用户快速搭建测试环境。

三、方案优势与预期效果

本方案通过集成化驱动芯片的应用，实现了 “低复杂度、高可靠性、强兼容性” 的设计目标：

无需搭建分立 H 桥电路，大幅简化了硬件设计流程，降低了调试难度；

双路独立驱动设计，支持同时控制两台直流电机，可适配小型移动机器人、云台等多电机控制场景；

标准接口与控制逻辑，可直接对接 51 单片机、STM32 等主流 MCU 开发板，通用性强；

完善的电源滤波与保护设计，有效提升了模块的抗干扰能力与使用寿命。

通过本方案设计的电机驱动模块，可稳定实现小型直流有刷电机的正反转控制、PWM 调速功能，完全满足任务的全部基本要求，为后续电机控制系统的开发提供可靠的硬件支撑。

资源框图

模块介绍

根据任务要求，本次选用TB6612FNG 集成 H 桥驱动芯片设计了一款小型直流有刷电机驱动模块，主要用于驱动小型直流电机，实现电机正转、反转、停止及 PWM 调速功能，模块采用标准 2.54mm 排针接口，可直接与主流 MCU 开发板连接，适配电机控制、小型移动机器人等场景。

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

一、核心接口与供电定义

1. 电源接口

VM（电机电源）：为电机提供动力，支持≥6V 工作电压，搭配 10μF 电解电容与 0.1μF 陶瓷电容滤波，抑制电源纹波与电机启停尖峰。

VCC（逻辑电源）：为芯片内部控制电路供电，搭配 0.1μF 去耦电容滤除高频干扰，保障控制信号稳定。

GND（公共地）：功率地与信号地就近连接，减少地环路干扰，提升电路抗干扰能力。

2. 控制信号接口（JP2）

3D效果图

3. 电机输出接口（JP1）

AO1/AO2：A 通道电机驱动输出，直接连接直流电机两端，无需额外功率放大电路。

BO1/BO2：B 通道电机驱动输出，可独立控制第二路电机。

VM/GND：电机电源与地扩展接口，方便用户接线与调试。

二、PCB 布局与扩展说明

模块 PCB 布局采用 “电源与信号分区设计”，核心驱动芯片 TB6612FNG 位于中央，两侧分别为电机输出接口与控制信号接口：

为提升接口通用性，模块采用标准 2.54mm 间距排针，兼容杜邦线连接，无需焊接即可快速搭建测试环境，用完可直接拔下排针，不影响核心板后续使用。

芯片内置双路独立 H 桥，最大连续驱动电流达 1.2A，峰值电流 3.2A，完全满足小型直流有刷电机的驱动需求，且导通内阻低、发热小，无需额外散热措施。

为保障模拟与数字电路稳定性，电机电源与逻辑电源均采用多级滤波设计，减少电机电流波动对控制信号的干扰，提升模块可靠性。

三、调试与功能说明

模块无板载下载器，调试时可通过控制接口直接接收 MCU 的控制信号，通过设置 AIN1/AIN2、BIN1/BIN2 的电平组合，实现电机正转、反转、停止三种状态控制，配合 PWMA/PWMB 的 PWM 信号实现连续调速。

芯片内置过流保护、过热保护及欠压锁定功能，当电机负载过大或芯片温度过高时，会自动关断输出，避免器件损坏，提升模块的安全性与使用寿命。

板上预留电源指示灯与状态指示灯，可直观查看电源供电状态与模块工作状态，方便用户快速排查接线与信号问题。

器件选型说明

核心驱动芯片 TB6612FNG 为东芝量产的成熟器件，在 DigiKey 官网正常在售，符合项目器件采购要求，其低功耗、高集成度的特点，有效减少了模块体积与调试难度，为小型电机控制系统提供了稳定可靠的硬件支撑。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

管脚定义

板上设置及标识

心得体会

通过本次 TB6612FNG 直流电机驱动模块的设计与制作，我对集成 H 桥驱动电路的原理、电源滤波设计、PCB 布局优化有了更深入的理解。在设计过程中，遇到了电源纹波过大、控制信号干扰的问题，通过增加滤波电容、优化地回路走线的方式有效解决了这些问题。本次项目也让我认识到，硬件设计需要兼顾功能实现与稳定性，合理的器件选型与电路优化是提升模块可靠性的关键，同时也锻炼了我独立完成项目设计与调试的能力。