开源一款I2C电机驱动扩展板-FreakStudio多米诺系列

总线直流电机扩展板

原文链接：

FreakStudio的博客

摘要

设计了一个I2C电机驱动板，通过I2C接口控制多个电机的转速和方向，支持刹车和减速功能。可连接16个扩展板，具有PWM输出、过流过热保护和可更换电机驱动芯片。支持按键控制使能，电源指示灯显示供电状态。

往期推荐：

学嵌入式的你，还不会面向对象？？！

全网最适合入门的面向对象编程教程：00 面向对象设计方法导论

全网最适合入门的面向对象编程教程：01 面向对象编程的基本概念

全网最适合入门的面向对象编程教程：02 类和对象的 Python 实现-使用 Python 创建类

全网最适合入门的面向对象编程教程：03 类和对象的 Python 实现-为自定义类添加属性

全网最适合入门的面向对象编程教程：04 类和对象的Python实现-为自定义类添加方法

全网最适合入门的面向对象编程教程：05 类和对象的Python实现-PyCharm代码标签

全网最适合入门的面向对象编程教程：06 类和对象的Python实现-自定义类的数据封装

全网最适合入门的面向对象编程教程：07 类和对象的Python实现-类型注解

全网最适合入门的面向对象编程教程：08 类和对象的Python实现-@property装饰器

全网最适合入门的面向对象编程教程：09 类和对象的Python实现-类之间的关系

全网最适合入门的面向对象编程教程：10 类和对象的Python实现-类的继承和里氏替换原则

全网最适合入门的面向对象编程教程：11 类和对象的Python实现-子类调用父类方法

全网最适合入门的面向对象编程教程：12 类和对象的Python实现-Python使用logging模块输出程序运行日志

全网最适合入门的面向对象编程教程：13 类和对象的Python实现-可视化阅读代码神器Sourcetrail的安装使用

全网最适合入门的面向对象编程教程：全网最适合入门的面向对象编程教程：14 类和对象的Python实现-类的静态方法和类方法

全网最适合入门的面向对象编程教程：15 类和对象的 Python 实现-__slots__魔法方法

全网最适合入门的面向对象编程教程：16 类和对象的Python实现-多态、方法重写与开闭原则

全网最适合入门的面向对象编程教程：17 类和对象的Python实现-鸭子类型与“file-like object“

全网最适合入门的面向对象编程教程：18 类和对象的Python实现-多重继承与PyQtGraph串口数据绘制曲线图

全网最适合入门的面向对象编程教程：19 类和对象的 Python 实现-使用 PyCharm 自动生成文件注释和函数注释

全网最适合入门的面向对象编程教程：20 类和对象的Python实现-组合关系的实现与CSV文件保存

全网最适合入门的面向对象编程教程：21 类和对象的Python实现-多文件的组织：模块module和包package

全网最适合入门的面向对象编程教程：22 类和对象的Python实现-异常和语法错误

全网最适合入门的面向对象编程教程：23 类和对象的Python实现-抛出异常

全网最适合入门的面向对象编程教程：24 类和对象的Python实现-异常的捕获与处理

全网最适合入门的面向对象编程教程：25 类和对象的Python实现-Python判断输入数据类型

全网最适合入门的面向对象编程教程：26 类和对象的Python实现-上下文管理器和with语句

全网最适合入门的面向对象编程教程：27 类和对象的Python实现-Python中异常层级与自定义异常类的实现

全网最适合入门的面向对象编程教程：28 类和对象的Python实现-Python编程原则、哲学和规范大汇总

全网最适合入门的面向对象编程教程：29 类和对象的Python实现-断言与防御性编程和help函数的使用

全网最适合入门的面向对象编程教程：30 Python的内置数据类型-object根类

全网最适合入门的面向对象编程教程：31 Python的内置数据类型-对象Object和类型Type

全网最适合入门的面向对象编程教程：32 Python的内置数据类型-类Class和实例Instance

全网最适合入门的面向对象编程教程：33 Python的内置数据类型-对象Object和类型Type的关系

全网最适合入门的面向对象编程教程：34 Python的内置数据类型-Python常用复合数据类型：元组和命名元组

全网最适合入门的面向对象编程教程：35 Python的内置数据类型-文档字符串和__doc__属性

全网最适合入门的面向对象编程教程：36 Python的内置数据类型-字典

全网最适合入门的面向对象编程教程：37 Python常用复合数据类型-列表和列表推导式

全网最适合入门的面向对象编程教程：38 Python常用复合数据类型-使用列表实现堆栈、队列和双端队列

全网最适合入门的面向对象编程教程：39 Python常用复合数据类型-集合

全网最适合入门的面向对象编程教程：40 Python常用复合数据类型-枚举和enum模块的使用

全网最适合入门的面向对象编程教程：41 Python常用复合数据类型-队列（FIFO、LIFO、优先级队列、双端队列和环形队列）

全网最适合入门的面向对象编程教程：42 Python常用复合数据类型-collections容器数据类型

全网最适合入门的面向对象编程教程：43 Python常用复合数据类型-扩展内置数据类型

全网最适合入门的面向对象编程教程：44 Python内置函数与魔法方法-重写内置类型的魔法方法

全网最适合入门的面向对象编程教程：45 Python实现常见数据结构-链表、树、哈希表、图和堆

全网最适合入门的面向对象编程教程：46 Python函数方法与接口-函数与事件驱动框架

全网最适合入门的面向对象编程教程：47 Python函数方法与接口-回调函数Callback

全网最适合入门的面向对象编程教程：48 Python函数方法与接口-位置参数、默认参数、可变参数和关键字参数

全网最适合入门的面向对象编程教程：49 Python函数方法与接口-函数与方法的区别和lamda匿名函数

全网最适合入门的面向对象编程教程：50 Python函数方法与接口-接口和抽象基类

全网最适合入门的面向对象编程教程：51 Python函数方法与接口-使用Zope实现接口

全网最适合入门的面向对象编程教程：52 Python函数方法与接口-Protocol协议与接口

全网最适合入门的面向对象编程教程：53 Python字符串与序列化-字符串与字符编码

全网最适合入门的面向对象编程教程：54 Python字符串与序列化-字符串格式化与format方法

全网最适合入门的面向对象编程教程：55 Python字符串与序列化-字节序列类型和可变字节字符串

全网最适合入门的面向对象编程教程：56 Python字符串与序列化-正则表达式和re模块应用

全网最适合入门的面向对象编程教程：57 Python字符串与序列化-序列化与反序列化

全网最适合入门的面向对象编程教程：58 Python字符串与序列化-序列化Web对象的定义与实现

全网最适合入门的面向对象编程教程：59 Python并行与并发-并行与并发和线程与进程

更多精彩内容可看：

给你的 Python 加加速：一文速通 Python 并行计算

一文搞懂 CM3 单片机调试原理

肝了半个月，嵌入式技术栈大汇总出炉

电子计算机类比赛的“武林秘籍”

一个MicroPython的开源项目集锦：awesome-micropython，包含各个方面的Micropython工具库

Avnet ZUBoard 1CG开发板—深度学习新选择

工程师不要迷信开源代码，还要注重基本功

什么？配色个性化的电机驱动模块？！！

什么？XIAO主控新出三款扩展板!

1.总体介绍

总线直流电机扩展板设计用于通过I2C接口控制最多四个直流电机，具有以下主要特点：

• 小尺寸设计：可以与XIAO系列主控板直接连接，也可以作为独立模块使用。
• I2C接口：提供I2C总线接口进行堆叠式级联，最多支持16个电机驱动扩展板，且提供4个地址位可供选择。
• PWM输出引脚：PWM扩展芯片的输出引脚连接有保护电阻，同时使用的电机驱动芯片自带过流和过热保护功能。
• 按键控制芯片使能/失能：PWM扩展芯片的使能引脚通过按键引出，使用时可通过按键失能芯片。
• 电机驱动芯片可更换：根据需要，可将RZ7899芯片替换为TMI8260、AM2837或SS6285L芯片。
• 电源指示灯：板载电源指示灯显示电机供电状态和PWM扩展芯片供电状态。
• 多种电源输入方式：支持接线端子和Type-C接口供电，具有防反接设计。
• 支持6V至18V供电的电机：整个扩展板最大电流为5A，若只使用两个电机通道，单通道峰值电流支持最大4A。
• 高频低阻电解电容供电：使用四颗220μF高频低阻电解电容或固态电解电容进行供电，固态电解电容相比铝电解电容具有更低的ESR、较高的工作频率和更长的使用寿命。
• 散热设计：扩展板背面的VCC区域采用开窗设计，通过焊锡增大散热效果。
  
  该扩展板提供了优越的电机保护和电源管理功能，适用于各种电机控制应用，我们提供了MicroPython和Arduino例程。
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

2.接口说明

2.1 通信接口

我们提供了两个I2C通信接口，当作为单独模块使用时，通过PH2.0连接线连接主控模块和扩展板，如下图所示：

也可以使用主控板直接插入到扩展板的排母接口上：

多个扩展板也可以堆叠连接，此时使用扩展板下方靠近供电端子部分的I2C通信接口与扩展板上方靠近供电端子部分的I2C通信接口相互连接，连接时需要注意线序，这里需要使用PH2.0双头反向连接线，我们这里使用M2塑料柱将两个扩展板进行固定：

2.2 电机接口

连接电机时，注意电机线M+与A通道连接，电机线M-与B通道连接，若不确定电机的正负极，可以在程序中驱动两个编号电机都向正方向运动，若其中一个电机反向运动，将该电机连线反接即可：

2.3 供电接口

我们可以使用Type-C接口的电源适配器进行供电（需要注意电源适配器最大电流，建议使用15V 3A适配器），也可以使用接线端子供电，电源正极连接V，电源负极连接G：

3.硬件细节

3.1 提高散热和电流

我们的电路板对供电部分进行开窗处理，必要时可通过向开窗部分焊锡和加装散热片提高散热：

3.2 更换电机驱动芯片

我们可以根据电机需要的电压和电流对驱动芯片进行更换：

3.3 电容选择

我们使用220uF固态电容作为稳压元件，固态电容具有较低的等效串联电阻和快速的电荷释放能力，对高频信号的阻抗更低，能够更高效地滤除高频噪声，相比传统电解电容在高温下具有更稳定的性能和更长的使用寿命，你也可以选择高频低电阻铝电解电容：

3.4 PWM输出芯片地址位选择

我们可以通过焊接扩展板背面短路点来设置PWM扩展芯片地址位，注意四个地址位必须都焊接，默认地址位浮空：

3.5 沉金工艺

部分配置采用沉金工艺，确保焊接质量和延长电路板的使用寿命。

4.提供代码和使用须知

在使用烧录完程序后的主控板通过扩展板控制电机前，务必确保电机和通信接线正确，供电无误：

示例代码包括以下版本：

• MicroPython版本：总线电机扩展板MicroPython示例程序
• Arduino版本：总线电机扩展板Arduino示例程序

5.定制化选择

你的模块，何必千篇一律？我们已经厌恶了市面上开源硬件厂商提供的一模一样的电子模块，类似如下：

为什么我们买的的模块都是一模一样的？而不能是像买手机或者电脑一样，对其配色和配置可以选择？

秋刀鱼会过期，肉罐头会过期，连保鲜纸都会过期，但是我们持续满足玩家个性化需求的意愿永不过期！

购买我们的模块，无论是选择散件发货还是成品发货，都可以对排母的高低、排针颜色、电容类型和电机驱动芯片类型进行选择：

甚至于电路板的颜色和阻焊类型也可以进行选择：

是的，再出高价，也可以把我们的logo换掉！！！：

6.获取链接

• 商品链接：总线电机驱动扩展板购买链接
• 硬件开源链接：硬件开源资料链接

7.设计思路

I2C总线电机扩展板类型可以分为I2C总线PWM电机控制类型和I2C总线外置主控电机控制类型两种：

I2C总线PWM电机控制类型的基本原理为：使用主控板通过I2C通信接口控制一个独立的PWM芯片来生成多路PWM信号，并将其传输到电机驱动芯片，控制电机的速度和方向：

I2C总线外置主控电机控制类型的基本原理为：主控板通过I2C接口与电机驱动板上芯片进行通信，电机驱动板上内置芯片读取主控板的指令、数据或状态，并根据这些信息控制电机驱动芯片的工作（例如：调整电机转速、改变电机方向等）：

两种方式各有侧重：

• I2C总线PWM电机控制类型：适合简单、直接的电机控制，结构简单，控制方式易于实现。
• I2C总线外置主控电机控制类型：可以实现更复杂的电机控制算法（例如：PID控制、电机状态监测等）。

做这块板的核心设计想法：

• 小尺寸，可以和我的XIAO系列主控板搭配，也可以作为外置模块直接使用
• 电机驱动芯片烧坏时，可轻易更换电机驱动芯片
  
  

8.参考资料

• https://github.com/Seeed-Studio/grove.py/blob/master/grove/motor/i2c_motor_driver.py
• https://github.com/Seeed-Studio/grove.py/blob/master/grove/grove_i2c_motor_driver.py
• https://github.com/adafruit/micropython-adafruit-pca9685/blob/master/stepper.py
• https://wiki.seeedstudio.com/Grove-I2C_Motor_Driver-TB6612FNG/
• https://wiki.seeedstudio.com/Grove-I2C_Motor_Driver_V1.2/
• https://wiki.seeedstudio.com/Grove-I2C-Motor-Driver-L298P/
• https://item.taobao.com/item.htm?id=627007991368
• https://www.adafruit.com/product/3243