Easy Driver：双极步进电机驱动的实用方案

引言

在电子工程领域，步进电机的应用十分广泛，而双极步进电机更是因其出色的性能受到众多工程师的青睐。Easy Driver作为一款能够驱动每相电流在150mA至700mA之间的双极步进电机的驱动模块，为工程师们提供了便捷、高效的解决方案。本文将详细介绍Easy Driver的相关信息，包括所需材料、硬件连接、代码实现以及额外资源等内容。

文件下载：ROB-12779.pdf

所需材料

要完成Easy Driver的应用，我们需要准备以下材料：

1. 步进电机及电缆（ROB - 09238）：这是一款简单而强大的步进电机，配备4线电缆。
2. 母头插针（PRT - 00115）：单排40孔母头插针，可根据需要裁剪。
3. SparkFun RedBoard（DEV - 12757）：采用Arduino编程的开发板，可作为微控制器使用。
4. 6英寸优质公对公跳线（PRT - 11709）：共10根，20AWG规格，方便电路连接。

在连接时，我们既可以直接焊接到Easy Driver上，也可以使用插针来连接电源、电机等，具体选择取决于实际应用。

硬件概述

引脚功能

• SLP：逻辑输入，拉低时输出禁用，功耗最小。
• MS1：逻辑输入，其高低电平功能可参考真值表。
• GND：接地引脚。
• STEP：逻辑输入，该引脚从低电平到高电平的任何转换都会触发电机前进一步，步进的方向和大小由DIR和MSx引脚设置控制，电压范围根据逻辑选择可为0 - 5V或0 - 3.3V。
• DIR：逻辑输入，该引脚决定电机的旋转方向，状态从高到低或从低到高的变化仅在STEP命令的下一个上升沿生效，电压范围同样根据逻辑选择可为0 - 5V或0 - 3.3V。

微步选择分辨率真值表

MS1	MS2	微步分辨率
L	L	全步（2相）
H	L	半步
L	H	四分之一步
H	H	八分之一步

焊接跳线

• 3/5V：该跳线允许用户将VCC配置为3.3V或5V。跳线断开时，VCC为5V；跳线闭合时，VCC为3.3V。
• APWR：此跳线允许用户将5V/GND引脚上的Vcc提供给外部硬件。

电位器

板上的电位器用于让用户选择提供给电机的最大电流，范围为150mA至750mA。使用时需要注意电机能够承受的电流范围，可查看电机的数据手册获取相关信息。若无法找到该信息，可先将电位器设置到最低值，在电机以缓慢且稳定的速度运行时，慢慢转动电位器并观察电机的运行情况，找到电机不出现失步或抖动的最佳设置点。

硬件连接

连接电机线圈线

首先需要确定所使用电机每个线圈的线对。最可靠的方法是查看电机的数据手册。如果使用的是4线或6线步进电机，即使没有数据手册也可以确定线圈线对。

• 4线电机：取一根线，测量其与其余三根线的电阻，电阻最小的那根线即为配对线，剩下的两根线之间的电阻应相似。
• 6线电机：先确定三个线中哪三个属于一个线圈。选一根线，测试其与其他所有线的连接情况，会有两根线与所选线之间有一定电阻，另外三根线则无连接。确定一个线圈的三根线后，找出其中电阻最大的两根线，即为该线圈的两根线，对另一组三根线重复此操作。 确定线圈线对后，将第一对线圈线插入Coil A + 和Coil A - ，第二对插入Coil B + 和Coil B - ，线圈没有极性，无需担心插反。例如，使用4线电机时，连接方式为：A + 连接绿色线，A - 连接红色线，B + 连接蓝色线，B - 连接黄色线。需要注意的是，在Easy Driver通电时，不要连接或断开电机。

连接电源

电机连接好后，可将电源连接到Easy Driver。可以使用任何类型的电源，如台式电源、墙式适配器、电池电源等，但要确保电源能够提供高达2A的电流，且电压范围在6V至30V之间。将电源连接到M + 和GND，连接或断开电机前务必先断开电源。

连接微控制器

以SparkFun RedBoard为例，任何工作在3.3V或5V逻辑、具有带PWM功能的数字I/O的微控制器都可以使用。引脚连接如下：

• RedBoard的D2引脚连接Easy Driver的STEP引脚。
• RedBoard的D3引脚连接Easy Driver的DIR引脚。
• RedBoard的D4引脚连接Easy Driver的MS1引脚。
• RedBoard的D5引脚连接Easy Driver的MS2引脚。
• RedBoard的D6引脚连接Easy Driver的ENABLE引脚。

Arduino代码实现

基本代码示例

下载示例草图后，可将代码上传到开发板。代码的第一部分定义了RedBoard和Easy Driver之间的所有引脚连接，并将这些引脚设置为输出，使其处于正确的逻辑电平以开始驱动电机。同时，代码以9600bps的速率初始化串口连接，方便用户控制电机功能并在需要时调试电路。

主循环

主循环部分比较简单，RedBoard扫描串口以获取用户输入，将其与电机的四种可能功能进行比较，根据用户输入触发相应功能。若未收到有效输入，RedBoard会通过串口打印错误信息。完成请求的功能后，Easy Driver上的引脚将重置为默认状态。

四个功能函数

1. StepForwardDefault()：电机以默认微步模式向前旋转。方向引脚拉低，定义为“向前”方向，通过不断切换STEP引脚的高低电平，使电机前进一步，重复1000次后请求用户输入。
2. ReverseStepDefault()：电机以默认微步模式反向旋转。与向前旋转功能类似，只是将方向引脚拉高，改变电机的旋转方向。可以通过修改delay()函数的值来调整电机的速度，增大延迟会使电机变慢，减小延迟则会使电机变快。
3. SmallStepMode()：电机以八分之一微步模式向前旋转。将MS1和MS2引脚拉高，设置板的逻辑为八分之一微步模式。
4. ForwardBackwardStep()：电机可以在运行过程中改变方向。该函数会使电机向前步进1000步，然后反向步进1000步，实现精确的位置控制。

额外示例与资源

额外示例

除了上述示例，还可以安装AccelStepper库，该库包含一些额外的示例，可能对使用Easy Driver有所帮助。此外，还可以在Brian的Easy Driver页面找到更多示例。

资源与拓展

完成Easy Driver对步进电机的控制后，可以将其应用到自己的项目中，如CNC机器、遥控旋转艺术装置等。如果有任何反馈，可以访问评论区或联系技术支持团队（[e-mail]）。同时，还可以查看以下额外资源获取更多信息和项目创意：

• Schmalz Haus Easy Driver主页
• GitHub仓库
• A3967数据手册
• The Great American Tweet Race
• 自动驾驶车辆竞赛
• Arduino控制的通灵板

通过以上介绍，相信大家对Easy Driver有了更深入的了解，希望能在实际项目中发挥其优势，实现更多创意。你在使用Easy Driver的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。