说明

提供树莓派和Jetson nano例程

特点

• 基于树莓派接口设计，适用于Raspberry Pi Zero/Zero W/Zero WH/2B/3B/3B+
• 板载两路DRV8825电机驱动芯片，内置转换器，方便控制，可以驱动两个步进电机，
• 可通过拨码开关选择六种不同的步进分辨率：全步，半步，1/4步，1/8步，1/16步和1/32步
• 并可通过电位器调节输出电流, 最大支持2.5A电流输出。
• 板载5V稳压芯片，输出可达3A电流，可直接给树莓派供电
• 板载多种步进电机接口，方便规格步进电机接入

产品参数

• 电机驱动电压：8.2V~28V
• 电机驱动芯片：DRV8825
• 最大电流：2.5A
• 产品尺寸：65mm × 56mm
• 过孔直径：3.0mm

硬件资源

其中：
A1、A2、B1、B2：步进电机M1控制端口
A3、A4、B3、B4：步进电机M2控制端口
电源开关可以控制模块是否给树莓派供电
拨码开关D0-D5可以控制细分格式；
D0-D2控制步进电机1；
D3-D5控制步进电机2；
板载的两个电位器，可以控制输出电流

电源

电源部分采用MP1584稳压芯片，该芯片支持4.5V到28V的宽电压输入，输出电流达3A。虽然芯片支持最低4.5V的输入，但是由于给电机驱动芯片的工作电压也由VM供给，最少需要8.2V才能工作，因此实际上输入电压最好保持在8.2-28V。
电源DC头的规格是外径5.5 内径2.1的电源头，市面上较多的DC头都是这种规格，你可以使用9V2A或者12V2A的电源供电。

电机驱动

DRV8825是一款双H桥电机驱动芯片，支持32细分，还集成了短路、过热、欠压及交叉传导保护电路，能够检测故障状况并迅速切断H桥，从而为电机和驱动芯片提供保护。

VM为输入电压，输入范围为：8.2V到45V，综合稳压芯片的输入范围，输入8.2V到28V。
nSLEEP需要保持高电平，否则芯片将直接进入睡眠模式，器件的 H 桥被禁止，电荷泵电路停止工作，V3P3 输出被禁止，同时内部所有时钟停止工作，所有的逻辑输入都被忽略。
nENBL管脚为使能管脚，输入低电平，H 桥输出使能，STEP上的上升沿被识别。输入高电平， H 桥被禁止，输出是高阻状态，STEP 输入被忽略。在不工作的情况下一定要失能，否则芯片将一直保持在使能状态，芯片与电机将一直处于高温状态！
STEP为步进时钟输入，DIR为方向控制输入，MODE0、MODE1、MODE2为细分输入。
12与13管脚为调节输出电流的大小，R13与R16为采样电阻0.2欧姆，根据数据手册上的公式(数据手册：page11)：

Ichop = V(xREF)/(5*R(ISENSE))
把R(ISENSE) = 0.2代入公式
那么输出电流与电位器上的电压成正比：
I = Vref
若电机的扭力不够，可以通过调节板载的电位器来增加输出电流。

控制原理

H桥

DRV8825一款双H桥电机驱动芯片， H桥是经典的控制电机电路，由于形状像字母”H”而得名。由四个三极管或者mosfet组成四竖，中间的一横接电机，要使电机转动，则需要对角线的一组导通。
当Q1、Q4导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经 Q4回到电源负极,电机正转，如上左图；
当Q2、Q3导通时，电流就从电源正极经Q3从左至右穿过电机，然后再经 Q2回到电源负极,电机正转，如上右图；
如果是双桥的话，那么就有了两组输出线，刚刚对应步进电机的四根线。

电机的转动原理

对于两项四线电机而言，其运动如下图所示：

根据安培定则可以知道，A组线圈电流左进右出时，那么定子将会产生磁场，靠内部的一侧为磁场北极，那么就会吸引电机上的转子，当四组线圈的电流按照一定关系时，产生一个旋转磁场，那么转子也就同步转动。假设一个电机只有四个定子，那么就对应下面的四个状态：
第一个状态：A组线圈电流左进右出，C组选区电流右进左出，此时为0度；
第二个状态：B组线圈电流上进下出，D组选区电流下进上出，转子从第一个状态旋转90度；
第三个状态：A组线圈电流右进左出，C组选区电流左进右出，转子从第二个状态旋转90度；
第四个状态：B组线圈电流下进上出，D组选区电流上进下出，转子从第三个状态旋转90度；
当从前一个状态变换到后一个状态称之为一步，当完成了四步的时候：这个电机就转了一圈了，这个电机的步距角就为90度。
但是现实中的电机，可能不止有4个定子，常见的42电机，57电机等都是50个定子（实际上只有48个定子，还有两个移除以此使每组定子形成一定的间距），它们的步距角为1.8度。
28BYJ-48是永磁式减速四相八拍步进电机，减速比为64，步距角为：5.625/64 度

微步细分

电机转动是因为线圈的有规律的通电，那么将会合成一个均匀分布的圆形旋转磁场，从而吸引转子转动。
根据这一原理，通过控制各相绕组中的电流,使它们按一定的规律上升或下降，即在零电流到最大电流之间形成多个稳定的中间电流状态，相应的合成磁场矢量的方向也将存在多个稳定的中间状态，只改变这个矢量方向，这样可以使电机能转的角度更小，转动的更加平滑。
以上面的四个定子的电机为例，如果细分一半，那么从第一个状态转到第二个状态急需要两步才能完成，因为第一个状态之后的那么状态，A线圈50%电流，B线圈50%的电流，将会产生一个45度的夹角的矢量磁场，从而吸引电机转子旋转45度，运行8步的时候，电机转完一圈。

DRV8825驱动电机

DRV8825只需要给脉冲数量就可以实现步进电机的旋转，按照前面的分析，并且不使用细分的情况下：
驱动42电机转一圈，需要多少个脉冲：
360 / 1.8 = 200
通过实验发现，42电机确实是转了一周
驱动28BYJ-48电机转一圈，需要多少个脉冲：
360 / 5.625 * 64 = 4096
那么确定是这样的吗？通过实验发现28BYJ-48转了两周。
28BYJ-48是四相电机，它支持单四拍、双四拍以及八拍三种工作方式，八拍的工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，而使用DRV8825驱动时，是使用的单四拍的工作方式，因此驱动28BYJ-48转一圈需要2048个脉冲。

细分设置

该模块支持最高32细分，可使用软件或者使用硬件控制。

• 软件细分控制：
  

首先需要将背面的6个电阻进行焊接

程序上修改对应的命令，来启用对应的软件系统
python可通过'softward'来选择
c语言可以通过SOFTWARD来选择
且需要将拨码开关全部拨至1，软件控制才能生效。

• 硬件细分控制：
  

在c程序中可以通过HARDWARD来选择
在python中可以通过'hardward'来选择

其中D0、D1、D2对应控制M1驱动器的的M0DE0、MODE1、MODE2，D3、D4、D5对应控制M2驱动器的M0DE0、MODE1、MODE2。具体的对应关系如下

详见datasheet page13
注：示例程序需要将D0-D5全部拨至0，对应全步。
注：默认的细分全在1的位置，所以硬件的细分十分慢，可能看不到实验效果，最好可以调节至0。

电流设置

DRV8825的最大输出电流有2.5A.，可以通过调节下图的电位器来调节电流的大小

详见datasheet page12

板载的Risense = 200mR,那么我们可以简化公式：Ichop = Vxref
因此Ichop与Vxref成正比，Vxref是电位器的电压，Ichop是输出电流。
电位器顺势针旋转电压变小，电位器逆时针旋转电压变大。若需要测量，则可以给模块插上电源，使用万用表，红表笔接触下面，黑表笔接触上面的矩形焊盘。

出厂设置的电位器处于正中间，是可以驱动大部分的电机的。
如果电机的最小相电流比这个大的，可能达不到理想状态，长时间工作可能会导致芯片烧毁。
请勿顺逆时针旋转到底，长时间工作可能会导致芯片烧毁。

树莓派使用

占用管脚

安装库

• 安装BCM2835， 打开树莓派终端，并运行以下指令

wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.60.tar.gz
tar zxvf bcm2835-1.60.tar.gz 
cd bcm2835-1.60/
sudo ./configure && sudo make && sudo make check && sudo make install
# 更多的可以参考官网：http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/

• 安装wiringPi

sudo apt-get install wiringpi
#对于树莓派2019年5月之后的系统（早于之前的可不用执行），可能需要进行升级：
wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb
sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb
gpio -v
# 运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错

• python

sudo apt-get update
sudo pip install RPi.GPIO

下载示例程序

下载示例程序，解压到指定目录：

sudo apt-get install p7zip-full
wget http://www.waveshare.net/w/upload/8/8c/Stepper_Motor_HAT_Code.7z
7z x Stepper_Motor_HAT_Code.7z -r -o./Stepper_Motor_HAT_Code
sudo chmod 777 -R Stepper_Motor_HAT_Code
cd Stepper_Motor_HAT_Code/Raspberry\ PI/

运行示例程序

提供三种程序，BCM2835、wiringPi、python
运行程序前做好以下几步：

1. 树莓派使用独立供电
2. 模块的DC口接入8.2V-28V电源，且开关打到ON
3. 正确连接步进电机

• BCM2835例程

cd bcm2835/
make clean
make
sudo ./motor

• wiringPi例程

cd wiringpi/
make clean
make
sudo ./motor

• python例程

cd python/
sudo python test.py

Jetson Nano使用

安装库

#python2
sudo apt-get install python-pip
sudo pip install Jetson.GPIO
sudo groupadd -f -r gpio
sudo usermod -a -G gpio your_user_name
sudo udevadm control --reload-rules && sudo udevadm trigger
#python3
sudo apt-get install python3-pip
sudo pip3 install Jetson.GPIO
sudo groupadd -f -r gpio
sudo usermod -a -G gpio your_user_name
sudo udevadm control --reload-rules && sudo udevadm trigger

下载示例程序

下载示例程序，解压到指定目录：

sudo apt-get install p7zip-full -y
wget http://www.waveshare.net/w/upload/8/8c/Stepper_Motor_HAT_Code.7z
7zr x Stepper_Motor_HAT_Code.7z -r -o./Stepper_Motor_HAT_Code
sudo chmod 777 -R Stepper_Motor_HAT_Code
cd Stepper_Motor_HAT_Code/Jetson\ nano/

运行示例程序

提供三种程序：c、python2、python3

• C例程

cd C/
make clean
make
sudo ./main

• python2

cd python2/
sudo python main.py

• python3

cd python3/
sudo python3 main.py

文档

• 原理图

程序

• 示例程序

数据手册

• DRV8825
• MP1584

QQ : 202004841