如何用4988驅(qū)動(dòng)器和Arduino控制步進(jìn)電機(jī)

在這個(gè)Arduino教程中，我們將學(xué)習(xí)如何控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使用A4988步進(jìn)驅(qū)動(dòng)程序。您可以閱讀下面的書面教程。

概述

A4988是一個(gè)微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，用于控制雙極步進(jìn)電機(jī)，它有內(nèi)置的轉(zhuǎn)換器，便于操作。這意味著我們可以用控制器的2個(gè)引腳來控制步進(jìn)電機(jī)，或者一個(gè)用于控制旋轉(zhuǎn)方向，另一個(gè)用于控制步進(jìn)。

驅(qū)動(dòng)程序提供五種不同的步進(jìn)分辨率：全步、半軸步、四分之一步、八步和十六步。此外，它還有一個(gè)電位計(jì)，用于調(diào)節(jié)電流輸出、過熱關(guān)機(jī)和交叉電流保護(hù)。

其邏輯電壓為3～5.5v，如果提供良好的附加冷卻，則每相的最大電流為2A，或者在沒有散熱器或冷卻的情況下，每相的最大電流為1A。

A4988步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器引腳

現(xiàn)在讓我們仔細(xì)看看驅(qū)動(dòng)器的引腳，并將其與步進(jìn)電機(jī)和控制器連接起來。因此，我們將從按鈕右側(cè)的2個(gè)引腳開始，為驅(qū)動(dòng)器供電的VDD和接地引腳，我們需要將它們連接到3到5.5 V的電源上，在我們的情況下，這將是我們的控制器，Arduino板將提供5 V電壓。以下4個(gè)引腳用于連接電機(jī)。1A和1B引腳將連接到電機(jī)的一個(gè)線圈，2A和2B引腳連接到電機(jī)的另一個(gè)線圈。為了給電機(jī)供電，我們使用接下來的2個(gè)引腳，接地和VMOT，我們需要將它們連接到8到35 V的電源上，我們還需要使用至少47μF的去耦電容器來保護(hù)驅(qū)動(dòng)板免受電壓尖峰的影響。

接下來的兩個(gè)引腳:Step和Dir是我們實(shí)際用于控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的引腳。DIR引腳控制著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，我們需要把它連接到微控制器上的一個(gè)數(shù)字管腳上，或者在我們的例子中，我將把它連接到我的Arduino板的4號(hào)管腳上。

我們用Step引腳控制馬達(dá)，每發(fā)送一個(gè)脈沖到這個(gè)引腳，馬達(dá)就移動(dòng)一步。所以這意味著我們不需要任何復(fù)雜的編程，相序表，頻率控制線等等，因?yàn)锳4988驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)置轉(zhuǎn)換器處理一切。這里我們還需要指出，這2個(gè)引腳沒有拉到任何電壓內(nèi)部，所以我們的程序里不應(yīng)讓這2個(gè)引腳浮空。

下一個(gè)是休眠引腳和邏輯低將電路板置于休眠模式，以便在電機(jī)不使用時(shí)將功耗降至最低。

接下來，復(fù)位引腳將轉(zhuǎn)換器設(shè)置為預(yù)定義的主狀態(tài)。從A4988數(shù)據(jù)表中的這些數(shù)據(jù)可以看出這種主狀態(tài)或主微步位置。所以這些是馬達(dá)啟動(dòng)的初始位置，它們根據(jù)微步分辨率的不同而不同。如果該引腳的輸入狀態(tài)為邏輯低，則所有階躍輸入將被忽略。復(fù)位引腳是一個(gè)浮動(dòng)引腳，因此如果我們不打算在我們的程序中控制它，我們需要將其連接到休眠引腳，以使其處于高位并啟用電路板。

接下來的3個(gè)引腳（MS1、MS2和MS3）用于根據(jù)上述真值表選擇五步分辨率中的一個(gè)。這些引腳有內(nèi)部下拉電阻，所以如果我們讓它們斷開，電路板將以全步進(jìn)模式運(yùn)行。

最后一個(gè)，使能管腳用于打開或關(guān)閉FET輸出。所以邏輯高將保持輸出關(guān)閉。

本Arduino教程所需的組件

步進(jìn)電機(jī)（NEMA17）

A4988步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器

12V 2A適配器

電源插座

Arduino板

試驗(yàn)板和跨接導(dǎo)線

電路原理圖

這是完整的電路圖。我將在全步進(jìn)模式下使用驅(qū)動(dòng)器，這樣我將保持3個(gè)MS引腳斷開連接，只需將驅(qū)動(dòng)器的方向和步進(jìn)引腳連接到Arduino板上的3號(hào)和4號(hào)引腳，以及接地和5伏引腳，為主板供電。此外，我將使用100μF電容器去耦，12V，1.5A適配器為電機(jī)供電。我將使用NEMA 17雙極步進(jìn)電機(jī)，其導(dǎo)線A和C將連接到插腳1A和1B，B和D導(dǎo)線連接到2A和2B引腳。

限流

在我們連接馬達(dá)之前，我們應(yīng)該調(diào)整驅(qū)動(dòng)器的電流限制，這樣我們就可以確定電流在馬達(dá)的電流限制之內(nèi)。我們可以通過使用板上的電位計(jì)調(diào)整參考電壓，并考慮以下等式：

Current Limit = VRef x 2

然而，這個(gè)等式并不總是正確的，因?yàn)锳4988驅(qū)動(dòng)板有不同的制造商。在這里，我的例子是，調(diào)整了電位計(jì)的參考電壓。所以電流限制值應(yīng)該是0.6*2，等于1.2A。

因?yàn)槲以谌竭M(jìn)模式下使用驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)A4988數(shù)據(jù)表，在這種模式下，繞組電流只能達(dá)到電流極限的70%，1.2A*0.7等于0.84A，為了檢查這一點(diǎn)，我上傳了一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼，將連續(xù)邏輯高電平發(fā)送到步進(jìn)管腳（以便我們更好地注意電流），并將我的儀表與電機(jī)的一個(gè)繞組串聯(lián)并通電。我得到的是0.5A，這意味著這個(gè)方程對(duì)我的情況是不正確的。

Arduino和A4988代碼

下面是一個(gè)示例代碼。首先，我們必須定義步進(jìn)和方向引腳。在我們的例子中，它們是Arduino板上的3號(hào)和4號(hào)管腳，它們被命名為stepPin和dirPin，設(shè)置部分我們必須將它們定義為輸出。

/* Simple Stepper Motor Control Exaple Code

*

* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com

*

*/

// defines pins numbers

constintstepPin = 3;

constintdirPin = 4;

voidsetup(){

// Sets the two pins as Outputs

pinMode(stepPin,OUTPUT);

pinMode(dirPin,OUTPUT);

}

voidloop(){

digitalWrite(dirPin,HIGH);// Enables the motor to move in a particular direction

// Makes 200 pulses for making one full cycle rotation

for(intx = 0; x<200; x++){

digitalWrite(stepPin,HIGH);

delayMicroseconds(500);

digitalWrite(stepPin,LOW);

delayMicroseconds(500);

}

delay(1000);// One second delay

digitalWrite(dirPin,LOW);//Changes the rotations direction

// Makes 400 pulses for making two full cycle rotation

for(intx = 0; x<400; x++){

digitalWrite(stepPin,HIGH);

delayMicroseconds(500);

digitalWrite(stepPin,LOW);

delayMicroseconds(500);

}

delay(1000);

}

在回路部分，我們首先將方向銷設(shè)置為高狀態(tài)，這將使電機(jī)朝特定方向移動(dòng)?，F(xiàn)在使用這個(gè)循環(huán)，我們將使電機(jī)進(jìn)行一個(gè)完整的循環(huán)旋轉(zhuǎn)。由于驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為全步進(jìn)模式，我們的步進(jìn)電機(jī)有1.8度的步進(jìn)角，即200步，我們需要發(fā)送200個(gè)脈沖到步進(jìn)引腳進(jìn)行一個(gè)完整周期的旋轉(zhuǎn)。因此for循環(huán)將有200次迭代，每次它都會(huì)將步進(jìn)引腳設(shè)置為高，然后低狀態(tài)，以產(chǎn)生脈沖。在每一次數(shù)字寫入之間，我們需要增加一些延遲，這將決定電動(dòng)機(jī)的速度。

在這個(gè)完整循環(huán)旋轉(zhuǎn)之后，我們將延遲一秒鐘，然后通過將dirPin設(shè)置為低狀態(tài)來更改旋轉(zhuǎn)方向，現(xiàn)在使用400次迭代的循環(huán)進(jìn)行2次完整循環(huán)旋轉(zhuǎn)。最后還有一秒鐘的延遲?，F(xiàn)在讓我們上傳代碼，看看它將如何工作。

我在本教程中又舉了一個(gè)例子，我用電位計(jì)控制電機(jī)的速度。以下是該示例的源代碼：

/* Simple Stepper Motor Control Exaple Code

*

* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com

*

*/

// Defines pins numbers

constintstepPin = 3;

constintdirPin = 4;

intcustomDelay,customDelayMapped;// Defines variables

voidsetup(){

// Sets the two pins as Outputs

pinMode(stepPin,OUTPUT);

pinMode(dirPin,OUTPUT);

digitalWrite(dirPin,HIGH);//Enables the motor to move in a particular direction

}

voidloop(){

customDelayMapped =speedUp();// Gets custom delay values from the custom speedUp function

// Makes pules with custom delay, depending on the Potentiometer, from which the speed of the motor depends

digitalWrite(stepPin, HIGH);

delayMicroseconds(customDelayMapped);

digitalWrite(stepPin, LOW);

delayMicroseconds(customDelayMapped);

}

// Function for reading the Potentiometer

intspeedUp(){

intcustomDelay =analogRead(A0);// Reads the potentiometer

intnewCustom =map(customDelay, 0, 1023, 300,4000);// Convrests the read values of the potentiometer from 0 to 1023 into desireded delay values (300 to 4000)

returnnewCustom;

}