探索 Big Easy Driver：一款强大的步进电机驱动板

引言

今天要和大家分享一款优秀的步进电机驱动板——Big Easy Driver（BED）。它是 Easy Driver 步进电机驱动板的重大改进版本，在步进电机控制领域有着广泛的应用。让我们深入了解一下这个驱动板的特性和使用方法。

文件下载：ROB-12859.pdf

Big Easy Driver 概述

BED 可以接收电源和控制信号（STEP 和 DIRECTION），并产生驱动 0A 至 2A 双极步进电机所需的信号。它采用了 Allegro A4983 或 A4988 驱动芯片，这为其性能提供了有力的保障。

连接方式

连接端口

BED 提供了两种连接方式，既可以使用 .100 排针，也可以使用 3.5mm 螺丝端子，甚至可以两者同时使用。你可以在 .100” 孔中安装公头或母头排针，也可以直接将电线焊接到孔中。

最少连接数量

连接到 BED 的最少连接数为 7 个，包括四根步进电机线、电源、地和步进信号。其他连接都是可选的。需要注意的是，有两个接地连接，一个在电源输入旁边，另一个在步进输入旁边，它们通常分别连接到电源地和信号地（来自微控制器）。

顶部边缘连接

• 电机：将电机的四根线连接到 BED 上的四个电机连接点。两个 “A” 连接点应连接到一个线圈，“B” 连接点连接到另一个线圈。
• 电源：将电源输入（+8 至 +30V 滤波直流）连接到 M+ 连接点，电源的地连接到 GND 连接点。

底部边缘连接

• ENABLE：该输入通过 20K 欧姆电阻下拉。你可以不连接它，也可以从微控制器驱动它。当为低电平时，驱动芯片启用，电机通电；当为高电平时，驱动芯片仍启用，但所有最终电机驱动电路都被禁用，因此没有电流流向电机。

• MS1、MS2、MS3：这些输入都通过 20K 欧姆电阻上拉，用于设置微步设置。具体设置可以参考以下表格：	MS1	MS2	MS3	微步分辨率	励磁模式
  L	L	L	整步	2 相
  H	L	L	半步	1 - 2 相
  L	H	L	四分之一步	W1 - 2 相
  H	H	L	八分之一步	2W1 - 2 相
  H	H	H	十六分之一步	4W1 - 2 相

• RST：（复位）该输入通过 20K 欧姆电阻上拉。如果此信号被拉低，电机驱动电路将关闭，驱动程序将复位。只有当此输入为高电平时，驱动芯片才会启用电机驱动电路并关注 STEP 输入。
• SLEEP：该输入通过 20K 欧姆电阻上拉。要将驱动芯片置于低功耗模式（电机驱动电路关闭，电荷泵关闭等），将此输入拉低。从睡眠状态恢复时，在发送 STEP 脉冲之前至少等待 1ms。
• VCC：这是 BED 电压调节器的输出。电压调节器接收电机输入电压，并为驱动芯片的逻辑输入提供 5V（或 3.3V）。通常可以从该引脚获取约 85mA 的电流，但电机输入电压越高，从该引脚汲取更多电流时，电压调节器芯片会变得越热。可以通过下面的跳线配置部分将其切换为 3.3V 输出。
• GND：这是 BED 上的两个接地连接之一，另一个在顶部 M+ 电源输入旁边。两个接地在 BED 内部连接在一起，是连接微控制器接地的好地方。
• STEP：该输入通过 20K 欧姆电阻上拉。该输入的每个上升沿将使步进驱动器按照 DIR 输入指定的方向前进一步。STEP 输入必须至少高 1us，至少低 1us。
• DIR：该输入通过 20K 欧姆电阻上拉。当接收到 STEP 脉冲时，驱动芯片会查看此输入以确定步进的方向。当为高电平时，电机将逆时针旋转；当为低电平时，电机将顺时针旋转。

跳线配置

BED 上有两个跳线，分别是 APWR（备用电源）和 3/5V，它们位于 BED 的左上角。需要注意的是，在 v1.1 版本的 BED 上，这两个跳线的丝印标签是相反的。

• APWR（备用电源）：该跳线通常是闭合（连接）的。如果切断两个焊盘之间的走线，BED 的电压调节器芯片将从电路中断开，然后可以将板底部边缘的 VCC 连接作为输入，使用任何逻辑电平电压为 BED 供电（接受范围为 3.0V 至 5.5V）。如果你希望使用外部电源为 BED 的逻辑电平电路供电，可以选择此选项。该跳线在原理图中标记为 SJ1。
• 3/5V：该跳线通常是断开的。你可以通过焊接此跳线闭合将 BED 切换为使用 3.3V 作为其逻辑电平电路。例如，如果你想将 BED 与 3.3V 微控制器接口，可以这样做。该跳线在原理图中标记为 JS2。

电流限制设置电位器

BED 包括一个非常小的电位器，用于调节通过电机绕组的最大电流水平。在板上，这个电位器标记为 CUR ADJ。旋转它会改变输入到 A4988 驱动芯片的 Vref 电压，从而改变驱动芯片输送到电机线圈的最大电流。需要注意的是，在 v1.2 BED 板上，指示增加电机电流方向的丝印箭头是反向的。可以使用 TP1 来确定最大和最小电流方向。 TP1 测试点可用于测量 CUR_REF 网络上的电压，驱动芯片使用该电压来确定通过电机的最大电流。当旋转电位器时，使用电压表测量 TP1 相对于 GND 的电压。

• 如果你的 BED 使用 .22 欧姆感测电阻（一些 v1.1 BED）：电位器的范围产生的最大电机电流从大约 0mA（完全顺时针）到 2.4A（完全逆时针）。
• 如果你的 BED 使用 .11 欧姆感测电阻（所有 v1.2 及以上 BED）：电位器的范围产生的最大电机电流从大约 0mA（完全顺时针）到 5A（完全逆时针）。但实际上，驱动程序无法提供 5A 的电流，因此不会使用电位器的整个范围。Vref 为 1.76V 时将导致电机电流为 2A。 电流与电压的关系可以用公式 (Itripmax = Vref / (8 * Rs)) 表示，其中 Itripmax 是输送到电机的最大电流，Vref 是 TP1 上的电压，Rs 是感测电阻值。

电源 LED

BED 左下角附近有一个黄色 LED，标记为 PWR。只要有 5V 或 3.3V 电源供应给驱动芯片，这个 LED 就会亮起。如果在 M+ 和 GND 电源输入仍有电源的情况下，这个 LED 熄灭，那么电压调节器芯片可能过热并关闭，或者检测到 VCC 到 GND 的短路并关闭。如果 LED 闪烁，那么可能是 M+ 电源开关，或者电压调节器芯片过热并进行电源循环以保持凉爽。

散热

在室温下，Big Easy Driver 每相最多可提供约 1.4A 的电流。这得益于电路板的四层结构和布局方式。当驱动高电流时，整个电路板将充当散热器，包括连接器和电路板连接的任何东西。驱动芯片具有出色的过温保护，因此即使电路板过热也不会对驱动芯片造成损坏，它会在芯片温度恢复正常（低于约 150°C）之前自动切断。 通过添加一个小散热器（如 Newark 43M6428）和/或使用一个小风扇来冷却驱动芯片，可以允许每相电流超过 2A。

电机接线

文档中给出了 BED 与步进电机和步进/方向信号源的典型连接图（实际上是最少连接）。当然，你可以连接 BED 上更多的数字输入信号（SLEEP、MS1 等）以实现更多控制。

规格

Big Easy Driver 的规格与 Allegro A4983 或 A4988 步进驱动芯片相同（取决于板上安装的是哪一个）。包括每相最大 2A、1/16、1/8、1/4、1/2 和整步模式，3.3V 或 5V 逻辑输入（跳线可选）。

总结

Big Easy Driver 是一款功能强大、使用灵活的步进电机驱动板。通过合理的连接、跳线配置和电流设置，我们可以实现对步进电机的精确控制。同时，其良好的散热设计和过温保护功能也为长时间稳定运行提供了保障。大家在实际应用中可以根据自己的需求进行调整和优化。如果你对步进电机驱动感兴趣，不妨尝试一下这款驱动板，相信它会给你带来不错的体验。

你在使用 Big Easy Driver 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和心得。