如果您打算构建自己的3D打印机或CNC机器，那么将需要控制大量步进电机。并且只有一个Arduino开发板来控制所有这些可能需要大量的数据处理，并且无法为其他任何事情留出空间；除非您使用独立的专用步进电机驱动器 - A4988。

它可以控制双极步进电机的速度和旋转方向，仅只需两个引脚。这是多么酷啊！

A4988步进电机驱动芯片

该模块的主要组件是Allegro公司的微步进驱动器 – A4988。它的尺寸更小（只有0.8英寸×0.6英寸），但仍然很有冲击力。

A4988步进电机驱动器具有高达35V和 ±2A的输出驱动能力。它可以让您以每个线圈高达2A的输出电流控制双极步进电机，例如NEMA 17。

驱动器内置翻译器，操作简单。这将控制针的数量减少到只有两个，一个用于控制步骤，另一个用于控制旋转方向。

该驱动程序提供五种不同的步进分辨率，例如全步进、半步进、四分之一步进、八分之一步进和十六分之一步进。

技术规格

以下是完整的规格：

电机输出电压	8V – 35V
逻辑输入电压	3V – 5.5V
每相连续电流	1A
每相最大电流	2A
微步分辨率	全步进、1/2、1/4、1/8 和 1/16

更多的详细信息，请参阅下面的数据表：A4988 数据表

A4988电机驱动器引脚分配

A4988驱动器共有16个引脚将其连接到外界。连接如下：

让我们一一熟悉所有引脚。

电源引脚

A4988实际上需要两组电源连接。

VDD 和 GND 用于驱动范围为3V至5.5V的内部逻辑电路。

VMOT 和 GND 为电机供电，可从8V到35V。

根据数据表，电机电源需要一个合适的去耦电容器靠近电路板才能维持4A。

微步选择引脚

A4988驱动程序允许通过将单个步骤分成更小的步骤来进行微步进（Microstep）。这是通过用中等电流水平激励线圈来实现的。

例如，如果您选择以四分之一步进模式驱动NEMA 17（步距角为 1.8° 或 200 步/转），则电机每转将产生800微步。

A4988驱动器具有三个步长择器输入引脚，即MS1、MS2和MS3。通过为这些引脚设置适当的逻辑电平，我们可以将电机设置为五步分辨率之一。

这三个微步选择引脚被内部下拉电阻拉低，因此如果不连接它们，电机将在全步模式下运行。

控制输入​​引脚

A4988有两个控制输入引脚 - STEP 和 DIR。

STEP 输入控制电机的微步。发送到此引脚的每个高电平脉冲根据微步选择引脚确定的微步数驱动电机。脉冲越快，电机旋转得越快。

DIR 输入控制电机的旋转方向。将其拉高驱动电机顺时针，拉低驱动电机逆时针。

如果您希望电机仅向一个方向旋转，您可以相应地将DIR直接连接到 VCC 或 GND。

用于控制电源状态的引脚

A4988 具有三个独立的输入来控制其电源状态 - EN、RST 和 SLP。

EN 引脚为低电平有效输入。当该引脚被拉低时，A4988 驱动器被启用。默认情况下，此引脚被拉低，因此驱动器始终处于启用状态，除非您将其拉高。

SLP 引脚为低电平有效输入。将此引脚拉低会使驱动器进入睡眠模式，从而最大限度地降低功耗。您可以使用它，特别是在不使用电机以节省电力时。

RST 也是低电平有效输入。当此引脚拉低时，所有 STEP 输入都将被忽略。它还通过将内部转换器设置为预定义的主状态来重置驱动程序。初始状态基本上是电机启动的初始位置，它根据微步分辨率而变化。

输出引脚

A4988电机驱动器的输出通道通过引脚 1B、1A、2A 和 2B 断开到模块的一侧。

您可以将任何中小型双极步进电机（如 NEMA 17）连接到这些引脚。

模块上的每个输出引脚可为电机提供高达2A 的电流。然而，提供给电机的电流量取决于系统的电源、冷却系统和电流限制设置。

冷却系统 - 散热器

A4988驱动器IC的过度功耗会导致温度升高，如果超出其容量，可能会损坏 IC。

尽管A4988驱动器IC的最大额定电流为每个线圈2A，但该芯片只能提供每个线圈约1A的电流而不会过热。要使每个线圈获得超过 1A 的电流，需要使用散热器或其他冷却方法。

A4988 驱动器通常带有散热器。建议在使用前安装它。

电流限制

在运行电机之前，您必须进行小幅调整。您需要限制流过步进线圈的最大电流量，并防止其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。

进行此调整有两种方法：

方法一：

在这种方法中，电流限制是通过测量“ref”引脚上的电压 (Vref) 来确定的。

1.  查看步进电机的数据表。记下它的额定电流。在我们的例子中，我们使用 NEMA 17 200steps/rev，12V 350mA。

2.  断开三个微步选择引脚将驱动器置于全步模式。

3.  将电机保持在固定位置，无需计时 STEP 输入。

4.  调整时测量金属微调电位器上的电压 (Vref)。

5.  使用公式调整 Vref 电压：Vref = 电流限制 / 2.5

例如，如果您的电机额定电流为350mA，您可以将参考电压调整为 0.14V。

方法二：

在这种方法中，电流限制是通过测量流过线圈的电流来确定的。

1.  查看步进电机的数据表。记下它的额定电流。在我们的例子中，我们使用 NEMA 17 200steps/rev，12V 350mA。

2.  断开三个微步选择引脚将驱动器置于全步模式。

3.  将电机保持在固定位置，无需计时 STEP 输入。不要让 STEP 输入悬空，将其连接到逻辑电源 (5V)。

4.  将电流表与步进电机上的一个线圈串联，并测量实际流动的电流。

5.  拿一把小螺丝刀，调整限流电位器，直到达到额定电流。

将A4988步进电机驱动器连接到Arduino开发板

现在我们了解了有关驱动程序的所有信息，让我们将其连接到Arduino开发板。

连接非常简单。首先将VDD和GND连接到Arduino上的5V和GND引脚。将DIR和STEP输入引脚分别连接到Arduino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。事实上，A4988驱动器旨在轻松匹配任何双极步进电机上的4针连接器，因此这不成问题。

接下来将RST引脚连接到相邻的SLP/SLEEP引脚以保持驱动器启用。要在全步模式下运行电机，也要断开微步选择引脚。

最后将电机电源连接到VMOT和GND引脚。请记住在电机电源引脚上放置一个100μF的大去耦电解电容，以避免出现较大的电压尖峰。

Arduino代码 - 不使用库

下面的草图将让您全面了解如何使用A4988步进电机驱动器控制双极步进电机的速度和旋转方向，并可作为更多实际实验和项目的基础。

1. // Define pin connections & motor's steps per revolution
   
2. const int dirPin = 2;
   
3. const int stepPin = 3;
   
4. const int stepsPerRevolution = 200;
   
5. 
   
6. void setup()
   
7. {
   
8.         // Declare pins as Outputs
   
9.         pinMode(stepPin, OUTPUT);
   
10.         pinMode(dirPin, OUTPUT);
    
11. }
    
12. void loop()
    
13. {
    
14.         // Set motor direction clockwise
    
15.         digitalWrite(dirPin, HIGH);
    
16. 
    
17.         // Spin motor slowly
    
18.         for(int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++)
    
19.         {
    
20.                 digitalWrite(stepPin, HIGH);
    
21.                 delayMicroseconds(2000);
    
22.                 digitalWrite(stepPin, LOW);
    
23.                 delayMicroseconds(2000);
    
24.         }
    
25.         delay(1000); // Wait a second
    
26.         
    
27.         // Set motor direction counterclockwise
    
28.         digitalWrite(dirPin, LOW);
    
29. 
    
30.         // Spin motor quickly
    
31.         for(int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++)
    
32.         {
    
33.                 digitalWrite(stepPin, HIGH);
    
34.                 delayMicroseconds(1000);
    
35.                 digitalWrite(stepPin, LOW);
    
36.                 delayMicroseconds(1000);
    
37.         }
    
38.         delay(1000); // Wait a second
    
39. }

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代码说明

草图首先定义A4988的STEP和DIR引脚连接到的Arduino引脚。还定义了一个名为stepsPerRevolution的变量。您可以设置它以匹配您的步进电机规格。

1. const int dirPin = 2;
   
2. const int stepPin = 3;
   
3. const int stepsPerRevolution = 200;

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在setup()函数中，所有电机控制引脚都声明为数字输出。

1. pinMode(stepPin, OUTPUT);
   
2. pinMode(dirPin, OUTPUT);

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在loop()函数中，电机以一秒的间隔顺时针缓慢旋转，然后逆时针快速旋转。

控制旋转方向：将DIR引脚设置为HIGH或LOW以控制电机的旋转方向。高电平输入将使电机顺时针转动，低电平输入将使其逆时针转动。

1. digitalWrite(dirPin, HIGH);
   

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控制速度：电机的速度由发送到STEP引脚的脉冲频率决定。脉冲越高，电机运行得越快。脉冲只不过是将输出拉高，稍等片刻，然后将其拉低并再次等待。通过更改两个脉冲之间的延迟，您可以更改这些脉冲的频率以及电机的速度。

1. for(int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++) {
   
2.         digitalWrite(stepPin, HIGH);
   
3.         delayMicroseconds(1000);
   
4.         digitalWrite(stepPin, LOW);
   
5.         delayMicroseconds(1000);
   
6. }

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Arduino代码 – 使用AccelStepper库

在没有库的情况下控制步进器非常适合简单的单电机应用。但是当你想控制多个步进器时，你需要一个库。

因此，对于我们的下一个实验，我们将使用一个名为AccelStepper库的高级步进电机库。它支持：

●    加速和减速。

●    多个同步步进器，每个步进器具有独立的并发步进。

该库不包含在Arduino IDE 中，因此您需要先安装它。

库安装

要安装库，请导航至 Sketch > Include Libraries > Manage Libraries... 等待库管理器下载库索引并更新已安装库的列表。

输入“accelstepper”过滤您的搜索。单击第一个条目，然后选择安装。

Arduino代码

这是一个简单的草图，它在一个方向上加速步进电机，然后减速停止。电机转一圈后，它就会改变旋转方向并一遍又一遍地继续这样做。

1. // Include the AccelStepper Library
   
2. #include <AccelStepper.h>
   
3. 
   
4. // Define pin connections
   
5. const int dirPin = 2;
   
6. const int stepPin = 3;
   
7. 
   
8. // Define motor interface type
   
9. #define motorInterfaceType 1
   
10. 
    
11. // Creates an instance
    
12. AccelStepper myStepper(motorInterfaceType, stepPin, dirPin);
    
13. 
    
14. void setup() {
    
15.         // set the maximum speed, acceleration factor,
    
16.         // initial speed and the target position
    
17.         myStepper.setMaxSpeed(1000);
    
18.         myStepper.setAcceleration(50);
    
19.         myStepper.setSpeed(200);
    
20.         myStepper.moveTo(200);
    
21. }
    
22. 
    
23. void loop() {
    
24.         // Change direction once the motor reaches target position
    
25.         if (myStepper.distanceToGo() == 0)
    
26.                 myStepper.moveTo(-myStepper.currentPosition());
    
27. 
    
28.         // Move the motor one step
    
29.         myStepper.run();
    
30. }

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代码说明

草图首先包含新安装的AccelStepper库。

1. #include <AccelStepper.h>
   

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首先定义A4988的STEP和DIR引脚连接到的Arduino引脚。 motorInterfaceType也设置为 1（1 表示带有步进和方向引脚的外部步进驱动器）。

1. // Define pin connections
   
2. const int dirPin = 2;
   
3. const int stepPin = 3;
   
4. 
   
5. // Define motor interface type
   
6. #define motorInterfaceType 1

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在此之后，将创建一个名为 myStepper 的步进电机库实例。

1. AccelStepper myStepper(motorInterfaceType, stepPin, dirPin);
   

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在setup()函数中，首先将电机的最大速度设置为1000。然后为电机设置一个加速因子，为步进电机的运动添加加速和减速。

在此之后，常规速度设置为200。由于NEMA 17每转需要200步，因此电机的步数也设置为200。

1. void setup() {
   
2.         myStepper.setMaxSpeed(1000);
   
3.         myStepper.setAcceleration(50);
   
4.         myStepper.setSpeed(200);
   
5.         myStepper.moveTo(200);
   
6. }

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在loop()函数中，If语句用于检查电机需要行驶多远（通过读取distanceToGo属性），直到它到达目标位置（由 moveTo 设置）。一旦 distanceToGo 达到零，通过将moveTo位置更改为当前位置的负值，电机将沿相反方向旋转。

现在在循环的底部，您将看到调用了run()函数。这是最重要的函数，因为在执行此函数之前步进器不会移动。

1. void loop() {
   
2.         if (myStepper.distanceToGo() == 0)
   
3.                 myStepper.moveTo(-myStepper.currentPosition());
   
4. 
   
5.         myStepper.run();
   
6. }

复制代码