如果需要控制一堆步进电机，那么只使用一个Arduino来控制，就会占用大量的处理时间，而无法处理其他事情，除非使用一个独立的专用步进电机驱动器：A4988。
A4988只需两个引脚就可以控制双极步进电机（如NEMA 17）的速度和旋转方向。
步进电机使用一个齿轮和电磁铁旋转，通过脉冲控制电机的行为，一次“一步”。
- 脉冲的顺序决定了电机的旋转方向。
- 脉冲的频率决定了电机的速度。
- 脉冲的数量决定了电机转多远。
A4988步进电机驱动芯片
该模块的核心是来自Allegro – A4988的微步驱动器，其体型只有0.8″× 0.6″。
A4988步进电机驱动器的输出驱动能力高达35V和±2A。这可以控制双极步进电机（NEMA 17）每个线圈高达2A的输出电流。
A4988驱动自带控制程序，能简化操作，只需2个引脚就能完成控制
- 一个是控制步数
- 另一个用来控制旋转方向。
A4988驱动提供五种不同的步进细分
- 全步、
- 半步、
- 四分之一步、
- 八分之一步
- 十六分之一步。
技术规格
A4988驱动引脚图
- A4988实际上需要两个电源连接。
- VDD和GND用于驱动内部逻辑电路，范围从3V到5.5 V。
- VMOT和GND为电机提供电源，范围从8V到35V。
- 根据数据表，电机电源需要一个合适的去耦电容，以能够维持4A电流。
- 该驱动板上有low-ESR陶瓷电容器，这使它容易受到电压峰值的影响。在某些情况下，这些峰值可能超过35V (A4988的最大电压额定值)，这有可能永久损坏电路板甚至电机。保护驱动器不受这种峰值影响的一种方法是在电机电源引脚上放置一个大的100μF(至少47μF)电解电容。
- 微步选择引脚
- A4988驱动允许通过将单个步进划分为更小的步进来实现微步。这是通过使用中间值电流激励线圈来实现的。
- 例如，如果选择驱动NEMA 17(1.8°步进角度或200步/转)工作在四分之一步模式，电机每转一圈将需要800微步。
- A4988驱动有三个步长(分辨率)设置引脚，即MS1, MS2和MS3。通过将这些引脚设置为适当的逻辑电平，可以将电机设置为五种不通的细分模式。
- 这三个微步选择引脚被内部下拉电阻拉低，所以如果三个引脚都悬空则将在全步进模式下运行。
- 控制输入引脚：A4988有两个控制输入- STEP和DIR
- STEP步进输入控制电机的微步。每个发送到该引脚的HIGH脉冲根据由微步选择引脚决定的微步数驱动电机。脉冲越快，电机转得越快。
- DIR输入控制电机的旋转方向。高电平驱动电机顺时针方向，低电平驱动电机逆时针方向。
- 如果希望电机只在一个方向上旋转，可以将DIR直接连接到VCC或GND。
- STEP和DIR引脚在内部不会被拉到任何特定的电压，所以应用中不应该让悬空。
- 用于控制电源状态的引脚
- A4988有三个独立的输入控制其电源状态：EN, RST和SLP。
- EN是低电平触发引脚。当这个引脚被拉低时，A4988驱动被启用。默认情况下，这个引脚被拉低，所以驱动总是启用的，除非拉高则禁用。
- SLP是低电平触发引脚。把这个引脚拉低，驱动器进入睡眠模式，最大限度地降低功耗。当电机不使用的时候可以使用这个，以节省电力。
- RST是低电平触发引脚。当这个引脚被拉为LOW时，所有的STEP输入都被忽略。它还通过将内部转换器设置为预定义的home状态来重置驱动。home状态是电机启动的初始位置，它取决于微步分辨率设定。
- 如果不使用RST这个引脚，可以把它连接到相邻的SLP/SLEEP引脚上，使它为高电平并启用驱动。
- 输出引脚
- A4988电机驱动器的输出通道在模块的一侧，包括1B, 1A, 2A和2B。
- 可以连接任何中小型双极步进电机（如NEMA 17）。
- 模块上的每个输出引脚可以向电机输出高达2A的电流。不过，提供给电机的电流取决于系统的电源、冷却系统和限流设置。
- 冷却系统-散热器
- A4988驱动IC的过度功耗会导致温度升高，如果超过其容量可能会损坏IC。
- 尽管A4988驱动IC每线圈的最大额定电流为2A，但在没有散热器的情况下，该芯片每线圈只能提供大约1A电流而不会过热。如果每个线圈要得到超过1A电流，散热器或其他冷却方法是必需的。
- A4988驱动一般带有散热器。提议在使用前先安装。
- 电流限制
- 在驱动电动机之前，需要调整A4988限制通过步进线圈的最大电流量，防止超过电机的额定电流。
- 为了设置电流限制，A4988驱动器上提供了一个小型微调电位器。
- 方法1：通过测量“ref”引脚上的电压(Vref)来确定电流限制。
- 查看步进电机的数据表。记下它的额定电流。如NEMA 17 200 steps/rev, 12V 350mA。
- 断开三个微步选择引脚，将驱动置于全步模式。
- 保持电机在一个固定的位置，不思考STEP输入。
- 测量可调电阻电压(Vref)，并调整它。
- 参考电压计算公式
- 列如电机额定电流350mA，则参考电压=0.35/2.5=0.14V。
- 一种简单的方法是使用鳄鱼夹夹在金属螺丝刀柄上，并将其连接到万用表上，这样就可以同时测量和调整电压。
- 方法2：通过测量流过线圈的电流来确定电流限制。
- 步骤同方法1
- 如果更改了逻辑电压(VDD)，则需要重新进行此调整。
将A4988步进电机驱动器连接到Arduino
- 将VDD和GND (VDD旁边)连接到Arduino上的5V和接地引脚。
- 将DIR和STEP输入引脚连接到Arduino上的#2和#3数字输出引脚。
- 将步进电机连接到2B, 2A, 1A和1B引脚上
- 注意：在驱动器运行时连接或断开步进电机可能损坏驱动器。
- 将RST引脚连接到相邻的SLP/SLEEP引脚，以保持驱动器为启用状态。
- 要在全步进模式下操作电机，请保持三个微步选择引脚断开连接。
- 将电机电源连接到VMOT和GND引脚上。电机电源接入100μF去耦电解电容，以避免大的电压峰值。
Arduino代码–不使用库
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// Define pin connections & motor’s steps per revolution const int dirPin = 2; const int stepPin = 3; const int stepsPerRevolution = 200; void setup() { // Declare pins as Outputs pinMode(stepPin, OUTPUT); pinMode(dirPin, OUTPUT); } void loop() { // Set motor direction clockwise digitalWrite(dirPin, HIGH); // Spin motor slowly for(int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++) { digitalWrite(stepPin, HIGH); delayMicroseconds(2000); digitalWrite(stepPin, LOW); delayMicroseconds(2000); } delay(1000); // Wait a second // Set motor direction counterclockwise digitalWrite(dirPin, LOW); // Spin motor quickly for(int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++) { digitalWrite(stepPin, HIGH); delayMicroseconds(1000); digitalWrite(stepPin, LOW); delayMicroseconds(1000); } delay(1000); // Wait a second } |
- 在loop中，电机先缓慢顺时针旋转，间隔1秒后再快速逆时针旋转。
- 控制电机方向：DIR引脚设置为HIGH或LOW，以控制电机的旋转方向。HIGH高电平将使电机顺时针方向转动，LOW低电平将使电机逆时针方向转动。
- 控制速度：电机的速度是由发送到STEP引脚的脉冲频率决定的。脉冲频率越高，电机运行越快。脉冲就是把输出拉高，等待一小会儿，然后拉低，再等待。通过改变两个脉冲之间的延迟，可以改变了这些脉冲的频率以及电机的速度。
Arduino代码：使用accelstepper库
对于简单的、单一的电机应用来说，控制步进器不需要库是完全没问题的。但是当想要控制多个步进时，就需要一个库。
accelerstepper步进电机库
- 加减速
- 多个同步步进器，每个步进器都有独立的同步步进。
安装accelerstepper库
arduino代码
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// Include the AccelStepper Library #include // Define pin connections const int dirPin = 2; const int stepPin = 3; // Define motor interface type #define motorInterfaceType 1 // Creates an instance AccelStepper myStepper(motorInterfaceType, stepPin, dirPin); void setup() { // set the maximum speed, acceleration factor, // initial speed and the target position myStepper.setMaxSpeed(1000); myStepper.setAcceleration(50); myStepper.setSpeed(200); myStepper.moveTo(200); } void loop() { // Change direction once the motor reaches target position if (myStepper.distanceToGo() == 0) myStepper.moveTo(-myStepper.currentPosition()); // Move the motor one step myStepper.run(); } |
- motorInterfaceType设置为1，1表明带有步进和方向引脚的外部步进驱动器。
- 由于NEMA 17每转200步，电机的步数也被设置为200步。
- 在loop函数中，使用If语句检查电机需要移动多远(通过读取distanceToGo属性)，直到它到达目标位置(通过moveTo设置)。一旦distanceToGo达到零，通过改变moveTo位置为其当前位置的负数，电机向相反的方向旋转。
- run()函数启动电机运转。
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