如果您打算构建自己的3D打印机或CNC机器，那么您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处理时间，并且没有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 - DRV8825。

它可以控制双极步进电机的速度和旋转方向，只需两个引脚。那是多么酷啊！

DRV8825步进电机驱动芯片

该模块的主要组件是德州仪器 (TI) 的微步进驱动芯片 - DRV8825。它的尺寸更小（只有0.8 英寸 × 0.6英寸），但仍然很有冲击力。

DRV8825步进电机驱动器具有高达45V的输出驱动能力。它可以让您以每个线圈高达2.5A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。这将控制引脚的数量减少到只有两个，一个用于控制步进速度，另一个用于控制旋转方向。

该驱动程序提供六种不同的步进分辨率，例如全步、半步、四分之一步、八分之一、十六分之一和三十分之一。

技术规格

以下是主要的规格参数：

电机输出电压	8.2V – 45V
逻辑电压	内置3.3V输出
每相连续电流	1A
每相最大电流	2.5A
微步分辨率	全、1/2、1/4、1/8 和 1/16

有关详细信息，请参阅下面的数据表：DRV8825数据手册

DRV8825电机驱动器引脚分配

DRV8825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

与其他典型的步进电机驱动器不同，DRV8825只有一组电源连接。

VMOT 和 GND MOT 为电机供电。您可以将8.2V至45V之间的任何输入电压连接到此引脚。

该模块没有任何逻辑电源引脚；因为DRV8825使用内部3V3稳压器从电机电源中获取电力。但是，您应该将微控制器的接地连接到GND LOGIC引脚。

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

DRV8825驱动器通过将单个步进分成更小的步进来实现微步进。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。

DRV8825驱动器具有三个步长（分辨率）选择器输入，即M0、M1和M2。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六步分辨率之一。

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

DRV8825有两个控制输入 - STEP 和 DIR。

STEP 输入控制电机的微步。发送到此引脚的每个 HIGH 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

DRV8825 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，DRV8825 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。

故障检测引脚

DRV8825还具有故障输出，只要H桥FET由于过流保护或热关断而被禁用，该输出就会驱动为低电平。

实际上，Fault引脚与 SLEEP 引脚短路，因此，每当Fault引脚被驱动为低电平时，整个芯片都被禁用。并且它一直处于禁用状态，直到RESET或电机电压VMOT被移除并重新应用。

输出引脚

DRV8825 电机驱动器的输出通道通过引脚 B2、B1、A1 和 A2 引脚断开到模块的一侧。

您可以将任何中小型双极步进电机连接到这些引脚。

模块上的每个输出引脚可为电机提供高达 2.5A 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

DRV8825驱动器IC的过度功耗会导致温度升高，如果超出其容量，可能会损坏芯片。

尽管DRV8825驱动器的每个线圈的最大额定电流为2.5A，但该芯片只能提供每个线圈约1.5A的电流而不会过热。要使每个线圈获得超过1.5A的电流，需要使用散热器或其他冷却方法。

DRV8825驱动器通常带有散热器。建议在使用前安装它。

电流极限

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，并防止其超过电机的额定电流。

为了设置电流极限，DRV8825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，电流极限值是通过测量“ref”引脚上的电压 (Vref) 来确定的。

1.  查看步进电机的数据手册。记下它的额定电流。在我们的例子中，使用的是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

例如，如果您的电机额定电流为350mA，可以将参考电压调整为0.175V。

方法二：

在这种方法中，电流极限值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手册。记下它的额定电流。在我们的例子中，使用的是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.  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DRV8825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RST引脚连接到相邻的SLP/SLEEP引脚，并将两者都连接到Arduino上的5V，以保持驱动器启用。

将GND LOGIC引脚连接到Arduino的接地引脚。 将DIR和STEP输入引脚连接到Arduino的#2和#3数字输出引脚。

将步进电机连接到B2、B1、A1和A2引脚。 实际上，DRV8825的布局很方便，可以匹配多个双极电机上的4针连接器，所以这应该不是问题。

请记住保持微步选择引脚断开连接，以便在全步模式下运行电机。

最后将电机电源连接到VMOT和GND MOT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DRV8825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DRV8825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。

安装库

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DRV8825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