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)
引脚 | 信号名称 | 功能说明 |
|---|---|---|
1 | PWMA | A 通道 PWM 调速输入,控制电机 A 转速 |
2 | AIN2 | A 通道方向控制信号 2,与 AIN1 配合实现正反转 / 停止 |
3 | AIN1 | A 通道方向控制信号 1,与 AIN2 配合实现正反转 / 停止 |
4 | STBY | 芯片待机使能信号,低电平进入低功耗待机状态 |
5 | BIN1 | B 通道方向控制信号 1,与 BIN2 配合实现正反转 / 停止 |
6 | BIN2 | B 通道方向控制信号 2,与 BIN1 配合实现正反转 / 停止 |
7 | PWMB | B 通道 PWM 调速输入,控制电机 B 转速 |
8 | GND | 控制信号公共地 |


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
类型 | 直流电机驱动模块 |
|---|---|
核心芯片 | TB6612FNG |
通道数量 | 2 路独立 H 桥驱动 |
最大连续驱动电流 | 1.2A / 通道 |
峰值驱动电流 | 3.2A / 通道 |
电机工作电压(VM) | 6V~15V |
逻辑供电电压(VCC) | 2.7V~5.5V |
PWM 调速频率 | 最高 100kHz |
控制信号电平 | 3.3V~5V 兼容 |
板卡尺寸 | 约 20mm × 30mm |
保护功能 | 过流、过热、欠压锁定 |
管脚定义
管脚属性 | 管脚名 | 管脚编号 | 管脚名 | 管脚属性 |
|---|---|---|---|---|
P | VM(电机电源) | 1 | GND | P |
P | GND | 2 | GND | P |
I/O | AO1(A 通道输出) | 3 | PWMA(A 通道 PWM) | I/O |
I/O | AO2(A 通道输出) | 4 | AIN2(A 通道方向控制) | I/O |
I/O | BO2(B 通道输出) | 5 | AIN1(A 通道方向控制) | I/O |
I/O | BO1(B 通道输出) | 6 | STBY(芯片待机使能) | I/O |
- | - | 7 | BIN1(B 通道方向控制) | I/O |
- | - | 8 | BIN2(B 通道方向控制) | I/O |
- | - | 9 | PWMB(B 通道 PWM) | I/O |
- | - | 10 | GND | P |
板上设置及标识
标记 | 名称 | 默认状态 | 描述 |
|---|---|---|---|
D1 | PWR | 亮 | 指示 VM 电机电源是否正常供电 |
D2 | STA | 灭 | 指示芯片工作状态,可通过编程点亮 |
C1 | 0.1μF 陶瓷电容 | 已安装 | VM 电源高频去耦滤波 |
C2 | 0.1μF 陶瓷电容 | 已安装 | VCC 逻辑电源高频去耦滤波 |
C3 | 10μF 电解电容 | 已安装 | VM 电源大容量滤波,抑制纹波 |
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。