用于Grbl控制器的A4988驅(qū)動(dòng)程序

PCB圖如下：


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成分

描述

用于 Grbl 控制器的 A4988 驅(qū)動(dòng)程序

?A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器托架是原始 A4988 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器托架的高性能替代品。它采用四層 PCB 以提供更好的熱性能，使 A4988 微步進(jìn)雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器比我們的兩層（綠色）版本提供大約 20% 的電流。

Like our original carrier, the Black Edition offers adjustable current limiting, over-current and over-temperature protection, and five different microstep resolutions. It operates from 8?V to 35?V and can deliver up to 2?A per coil with sufficient additional cooling. This board ships with 0.1″ male header pins included but not soldered in.

?A4988 DMOS Microstepping Driver with Translator and Overcurrent Protection; we therefore recommend careful reading of the?A4988 datasheet?(1MB pdf) before using this product. This stepper motor driver lets you control one?bipolar stepper motor?at up to 2?A output current per coil (see the?Power Dissipation Considerations?section below for more information). Here are some of the driver’s key features:

Simple step and direction control interface

五種不同的步進(jìn)分辨率：全步進(jìn)、半步進(jìn)、四分之一步進(jìn)、八步進(jìn)和十六步進(jìn)

可調(diào)電流控制可讓您使用電位計(jì)設(shè)置最大電流輸出，從而使您可以使用高于步進(jìn)電機(jī)額定電壓的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的步進(jìn)速率

智能斬波控制，自動(dòng)選擇正確的電流衰減模式（快衰減或慢衰減）

過(guò)溫?zé)彡P(guān)斷、欠壓鎖定和交叉電流保護(hù)

對(duì)地短路和負(fù)載短路保護(hù)

4 層 2 盎司銅 PCB，用于改善散熱

PCB 底部驅(qū)動(dòng) IC 下方的裸露可焊接地焊盤(pán)

該產(chǎn)品隨附所有表面貼裝組件（包括 A4988 驅(qū)動(dòng)器 IC），如產(chǎn)品圖片所示安裝。

本產(chǎn)品單獨(dú)包裝發(fā)貨，包括但未焊接的 0.1 英寸公頭針；我們還提供帶有已焊接公頭針的版本。對(duì)于對(duì)以更低單位成本實(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)量感興趣的客戶，我們提供不帶頭針的散裝版本和安裝了頭針的散裝版本。

Black Edition 具有與我們的 A4988 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器載體相同的組件布局和引腳排列，因此它可以在為我們的原始驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的應(yīng)用中用作更高性能的直接替代品。Black Edition 通過(guò)其四層印刷電路板 (PCB) 實(shí)現(xiàn)了更高的性能，這可以更好地從 A4988 驅(qū)動(dòng)器中吸收熱量——而我們的原始載體可以在全步模式下每相提供高達(dá)約 1 A 的電流而不會(huì)產(chǎn)生熱量水槽或氣流，黑色版在相同條件下可提供高達(dá)約 1.2 A 的電流。

請(qǐng)注意，我們攜帶了其他幾個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可用作此模塊的替代品（以及許多應(yīng)用中的直接替代品）：

MP6500 載體可在不使用散熱器的情況下每相（連續(xù)）提供高達(dá) 1.5 A 的電流，并提供兩種版本，一種帶有用于控制電流限制的電位器，另一種帶有用于通過(guò)微控制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)電流限制調(diào)節(jié)的數(shù)字電流限制控制。

DRV8825 載體可以在更寬的電壓范圍內(nèi)提供更多電流，并提供一些附加功能。

DRV8834 載體適用于低至 2.5 V 的電機(jī)電源電壓，因此適用于低壓應(yīng)用。

DRV8880 載波提供動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的電流限制和“AutoTune”，可根據(jù)電機(jī)繞組電阻和電感以及電機(jī)的動(dòng)態(tài)速度和負(fù)載等因素自動(dòng)選擇每個(gè) PWM 周期的衰減模式以實(shí)現(xiàn)最佳電流調(diào)節(jié)性能。

我們還銷(xiāo)售更大版本的 A4988 載體，該載體在主電源輸入上具有反向電源保護(hù)，并內(nèi)置 5 V 和 3.3 V 穩(wěn)壓器，無(wú)需單獨(dú)的邏輯和電機(jī)電源。

一些單極步進(jìn)電機(jī)（例如，有 6 根或 8 根引線的）可以由該驅(qū)動(dòng)器作為雙極步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱常見(jiàn)問(wèn)題。該驅(qū)動(dòng)器不能使用帶五根導(dǎo)線的單極電機(jī)。

包含的硬件

A4988 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器托架帶有一個(gè) 1×16 針?lè)蛛x式 0.1" 公頭。這些頭可以焊接用于無(wú)焊面包板或 0.1" 母連接器。您還可以將電機(jī)引線和其他連接直接焊接到板上。（也可提供已安裝接頭的該板版本。）

使用驅(qū)動(dòng)程序

將微控制器連接到 A4988 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器載體（全步模式）的最小接線圖。

電源連接

驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)邏輯電源電壓 (3 – 5.5 V) 連接到 VDD 和 GND 引腳，一個(gè)電機(jī)電源電壓 (8 – 35 V) 連接到 VMOT 和 GND。這些電源應(yīng)該在靠近電路板的地方有適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙萜?，并且它們?yīng)該能夠提供預(yù)期的電流（電機(jī)電源的峰值高達(dá) 4 A）。

警告：此載板使用低 ESR 陶瓷電容器，這使其容易受到破壞性 LC 電壓尖峰的影響，尤其是在使用長(zhǎng)度超過(guò)幾英寸的電源線時(shí)。在適當(dāng)?shù)臈l件下，這些尖峰可能會(huì)超過(guò) A4988 的 35 V 最大額定電壓并永久損壞電路板，即使電機(jī)電源電壓低至 12 V。保護(hù)驅(qū)動(dòng)器免受此類(lèi)尖峰影響的一種方法是放置一個(gè)電機(jī)電源 (VMOT) 上的大型（至少 47 μF）電解電容和靠近電路板的接地點(diǎn)。

電機(jī)連接

四線、六線、八線步進(jìn)電機(jī)如果連接正確，可以由A4988驅(qū)動(dòng)；常見(jiàn)問(wèn)題解答詳細(xì)解釋了正確的接線。

警告：在驅(qū)動(dòng)器通電時(shí)連接或斷開(kāi)步進(jìn)電機(jī)可能會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)器。（更一般地說(shuō)，在通電時(shí)重新接線任何東西都是自找麻煩。）

步（和微步）大小

步進(jìn)電機(jī)通常具有適用于全步的步長(zhǎng)規(guī)格（例如，每轉(zhuǎn) 1.8° 或 200 步）。諸如 A4988 之類(lèi)的微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)允許中間步進(jìn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的分辨率，這是通過(guò)用中間電流水平激勵(lì)線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，以四分之一步模式驅(qū)動(dòng)電機(jī)將使每轉(zhuǎn) 200 步的電機(jī)通過(guò)使用四種不同的電流水平每轉(zhuǎn) 800 微步。

分辨率（步長(zhǎng)）選擇器輸入（MS1、MS2 和 MS3）可根據(jù)下表從五個(gè)步長(zhǎng)分辨率中進(jìn)行選擇。MS1 和 MS3 具有內(nèi)部 100kΩ 下拉電阻，MS2 具有內(nèi)部 50kΩ 下拉電阻，因此將這三個(gè)微步選擇引腳斷開(kāi)會(huì)導(dǎo)致全步模式。為了使微步模式正常工作，必須將電流限制設(shè)置得足夠低（見(jiàn)下文），以便啟用電流限制。否則，中間電流水平將無(wú)法正確保持，電機(jī)將跳過(guò)微步。

MS1MS2MS3微步分辨率LowLowLowFull stepHighLowLowHalf StepLowHighLowQuarter stepHighHighLowEighth stepHighHighHighHigh第十六步

控制輸入

STEP 輸入的每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)在 DIR 引腳選擇的方向上的一個(gè)微步。請(qǐng)注意，STEP 和 DIR 引腳不會(huì)在內(nèi)部被拉至任何特定電壓，因此您不應(yīng)讓這些引腳中的任何一個(gè)在您的應(yīng)用程序中懸空。如果您只想單向旋轉(zhuǎn)，可以將 DIR 直接連接到 VCC 或 GND。該芯片具有三種不同的輸入來(lái)控制其多種電源狀態(tài)：RST、SLP 和 EN。有關(guān)這些電源狀態(tài)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表。請(qǐng)注意 RST 引腳懸空；如果您不使用該引腳，您可以將其連接到 PCB 上相鄰的 SLP 引腳，以將其拉高并啟用電路板。

電流限制

最大化步進(jìn)電機(jī)性能的一種方法是使用適合您的應(yīng)用的最高電壓。特別是，增加電壓通常允許更高的步進(jìn)速率和步進(jìn)轉(zhuǎn)矩，因?yàn)樵诿恳徊街螅€圈中的電流可以更快地變化。但是，為了安全地使用高于步進(jìn)電機(jī)額定電壓的電壓，必須主動(dòng)限制線圈電流，以防止其超過(guò)電機(jī)的額定電流。

A4988支持這種有源限流，板上的微調(diào)電位器可以用來(lái)設(shè)置限流。設(shè)置電流限制的一種方法是將驅(qū)動(dòng)器置于全步模式并測(cè)量流過(guò)單個(gè)電機(jī)線圈的電流，同時(shí)調(diào)整電流限制電位器。這應(yīng)該在電機(jī)保持固定位置（即不為 STEP 輸入計(jì)時(shí)）的情況下完成。請(qǐng)注意，您測(cè)量的電流僅為實(shí)際電流限制設(shè)置的 70%，因?yàn)樵谌侥Ｊ较聝蓚€(gè)線圈始終打開(kāi)并限制在該值，因此如果您稍后啟用微步模式，則通過(guò)線圈的電流將為能夠在某些步驟上超過(guò)該測(cè)量的全步電流 40% (1/0.7)；使用此方法設(shè)置電流限制時(shí)請(qǐng)考慮到這一點(diǎn)。還，

注意：線圈電流可能與電源電流有很大差異，因此您不應(yīng)使用在電源處測(cè)量的電流來(lái)設(shè)置電流限制。放置電流表的合適位置是與步進(jìn)電機(jī)線圈之一串聯(lián)。

設(shè)置電流限制的另一種方法是計(jì)算與所需電流限制相對(duì)應(yīng)的參考電壓，然后調(diào)整電流限制電位器，直到您測(cè)量 VREF 引腳上的電壓。VREF 引腳電壓可通過(guò)電路板底部絲印上圈出的過(guò)孔訪問(wèn)。電流限制 IMAX 與參考電壓的關(guān)系如下：

RCS 為電流檢測(cè)電阻；該板的原始版本使用 0.050 Ω 電流檢測(cè)電阻器，但我們?cè)?2017 年 1 月改用 0.068 Ω 電流檢測(cè)電阻器，這使得調(diào)節(jié)電位器的范圍更加有用。下圖顯示了如何識(shí)別您的電路板具有哪些電流檢測(cè)電阻：

2017 年 1 月推出的原始 50 mΩ 感應(yīng)電阻器（左）和 68 mΩ 感應(yīng)電阻器（右）的標(biāo)識(shí)。

因此，例如，如果您想將電流限制設(shè)置為 1 A，并且您有一塊帶有 68 mΩ 檢測(cè)電阻的電路板，您可以將 VREF 設(shè)置為 540 mV。這樣做可確保即使通過(guò)每個(gè)線圈的電流逐級(jí)變化，步進(jìn)電機(jī)中的電流矢量的大小仍保持恒定在 1 A：

如果您希望在全步模式下通過(guò)每個(gè)線圈的電流為 1 A，則需要將電流限制設(shè)置為高 40% 或 1.4 A，因?yàn)榫€圈被限制為大約設(shè)置電流的 70%全步模式下的限制（上面的等式說(shuō)明了為什么會(huì)這樣）。要使用具有 68 mΩ 檢測(cè)電阻器的電路板執(zhí)行此操作，您需要將 VREF 設(shè)置為 770 mV。

功耗注意事項(xiàng)

A4988 驅(qū)動(dòng)器 IC 的最大額定電流為每個(gè)線圈 2 A，但您可以提供的實(shí)際電流取決于您保持 IC 冷卻的能力。載體的印刷電路板設(shè)計(jì)用于從 IC 中吸取熱量，但要為每個(gè)線圈提供大約 1.2 A 以上的電流，需要使用散熱器或其他冷卻方法（在我們的測(cè)試中，我們能夠?yàn)槊總€(gè)線圈提供大約 1.4 A有來(lái)自 PC 風(fēng)扇的氣流，沒(méi)有散熱器）。

在芯片過(guò)熱之前，該產(chǎn)品可能會(huì)變得足夠熱，足以燙傷您。處理本產(chǎn)品和與其連接的其他組件時(shí)要小心。

請(qǐng)注意，測(cè)量電源的電流消耗通常不能準(zhǔn)確測(cè)量線圈電流。由于驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓可能明顯高于線圈電壓，因此電源上的測(cè)量電流可能比線圈電流低很多（驅(qū)動(dòng)器和線圈基本上就像一個(gè)開(kāi)關(guān)降壓電源）。此外，如果電源電壓與電機(jī)達(dá)到設(shè)定電流所需的電壓相比非常高，則占空比將非常低，這也會(huì)導(dǎo)致平均電流和 RMS 電流之間存在顯著差異。

原理圖，示意圖

A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器載體示意圖（綠色版和黑色版）。

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