【花雕学编程】Arduino动手做（224）---CNC Shield的6个小实验

实验场景图

实验记录视频
【花雕动手做】实验之六：用AccelStepper库控制四只步进电机X、Y、Z与A轴实现不同的转速
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【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之六：用AccelStepper库控制四只步进电机X、Y、Z与A轴实现不同的转速
实验开源代码
[code]/*
【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之六：用AccelStepper库控制四只步进电机X、Y、Z与A轴实现不同的转速
*/
#include //使用AccelStepper库
// 定义电机控制用常量
const int enablePin = 8; // 使能控制引脚
const int xdirPin = 5; // x方向控制引脚
const int xstepPin = 2; // x步进控制引脚
const int ydirPin = 6; // y方向控制引脚
const int ystepPin = 3; // y步进控制引脚
const int zdirPin = 7; // z方向控制引脚
const int zstepPin = 4; // z步进控制引脚
const int adirPin = 13; // a方向控制引脚
const int astepPin = 12; // a步进控制引脚
const int moveSteps = 1000; //测试电机运行使用的运行步数
AccelStepper stepper1(1, xstepPin, xdirPin); //建立步进电机对象1
AccelStepper stepper2(1, ystepPin, ydirPin); //建立步进电机对象2
AccelStepper stepper3(1, zstepPin, zdirPin); //建立步进电机对象3
AccelStepper stepper4(1, astepPin, adirPin); //建立步进电机对象4
void setup() {
pinMode(xstepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988x步进引脚为输出模式
pinMode(xdirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988x方向引脚为输出模式
pinMode(ystepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988y步进引脚为输出模式
pinMode(ydirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988y方向引脚为输出模式
pinMode(zstepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988z步进引脚为输出模式
pinMode(zdirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988z方向引脚为输出模式
pinMode(astepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988a步进引脚为输出模式
pinMode(adirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988a方向引脚为输出模式
pinMode(enablePin, OUTPUT); // Arduino控制A4988使能引脚为输出模式
digitalWrite(enablePin, LOW); // 将使能控制引脚设置为低电平从而让
// 电机驱动板进入工作状态
stepper1.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper1.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
stepper2.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper2.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
stepper3.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper3.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
stepper4.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper4.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
}
void loop() {
// 控制步进电机1往复运动
if ( stepper1.currentPosition() == 0 ) {
stepper1.moveTo(moveSteps);
} else if ( stepper1.currentPosition() == moveSteps ) {
stepper1.moveTo(0);
}
// 控制步进电机2往复运动
if ( stepper2.currentPosition() == 0 ) {
stepper2.moveTo(moveSteps / 2);
} else if ( stepper2.currentPosition() == moveSteps / 2 ) {
stepper2.moveTo(0);
}
// 控制步进电机3往复运动
if ( stepper3.currentPosition() == 0 ) {
stepper3.moveTo(moveSteps / 4);
} else if ( stepper3.currentPosition() == moveSteps / 4 ) {
stepper3.moveTo(0);
}
// 控制步进电机4往复运动
if ( stepper4.currentPosition() == 0 ) {
stepper4.moveTo(moveSteps / 8);
} else if ( stepper4.currentPosition() == moveSteps / 8 ) {
stepper4.moveTo(0);
}
stepper1.run(); // 1号电机运行
stepper2.run(); // 2号电机运行
stepper3.run(); // 3号电机运行
stepper4.run(); // 3号电机运行
}[/code]

说明：电机控制引脚标识
上图中蓝色方框的引脚名称对应的是蓝色引脚插针，黄色方框中的引脚名称对应的是黄色引脚插针。这些引脚的作用是便于我们使用Arduino开发板以外的开发板来控制CNC扩展板。比如您可以使用树莓派或者ESP32等开发板通过这些备用引脚来控制CNC扩展板。
以下是这组引脚的功能。
Arduino引脚 8 ———————– CNC 扩展板 EN ( 所有电机驱动板使能引脚/低电平有效 )
Arduino引脚 5 ———————– CNC 扩展板 X.DIR ( X端口方向控制引脚)
Arduino引脚 2 ———————– CNC 扩展板 X.STEP ( X端口步进控制引脚)
Arduino引脚 6 ———————– CNC 扩展板 Y.DIR ( Y端口方向控制引脚)
Arduino引脚 3 ———————– CNC 扩展板 Y.STEP ( Y端口步进控制引脚)
Arduino引脚 7 ———————– CNC 扩展板 Z.DIR ( Z端口方向控制引脚)
Arduino引脚 4 ———————– CNC 扩展板 Z.STEP ( Z端口步进控制引脚)
Arduino引脚 13 ——————— CNC 扩展板 A.DIR ( A端口方向控制引脚)
Arduino引脚 12 ——————— CNC 扩展板 A.STEP ( A端口步进控制引脚)
GND：接地
5V: 所有电机驱动板供电引脚（此引脚与各端口上的A4988 VDD引脚联通）
请注意，当使用非Arduino开发板来控制CNC扩展板时，请不要忘记为这里的5V引脚提供电源。这一操作的目的是为了确保各个A4988端口上的驱动板有电源供应。

实验记录视频
【花雕动手做】实验之五：无库控制四只步进电机X、Y、Z与A轴实现动态转动#电子爱好者 #单片机开发 #科技改变生活
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实验场景图

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之五：无库控制四只步进电机X、Y、Z与A轴实现动态旋转
实验开源代码
[code]/*
【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之五：无库控制四只步进电机X、Y、Z与A轴实现动态旋转
*/
#define EN 8
//方向接脚
#define X_DIR 5
#define Y_DIR 6
#define Z_DIR 7
#define A_DIR 13
//步态接脚
#define X_STP 2
#define Y_STP 3
#define Z_STP 4
#define A_STP 12
// 运动周期
int steps = 300;
void setup() {
// 执行输出
pinMode(X_DIR, OUTPUT); pinMode(X_STP, OUTPUT);
pinMode(Y_DIR, OUTPUT); pinMode(Y_STP, OUTPUT);
pinMode(Z_DIR, OUTPUT); pinMode(Z_STP, OUTPUT);
pinMode(A_DIR, OUTPUT); pinMode(A_STP, OUTPUT);
pinMode(EN, OUTPUT);
digitalWrite(EN, LOW);
}
void loop() {
for (int i = 0; i < steps; i++) {
digitalWrite(Y_DIR, HIGH);
digitalWrite(Y_STP, HIGH);
delay(1);
digitalWrite(Y_STP, LOW);
delay(1);
}
for (int i = 0; i < steps; i++) {
digitalWrite(X_DIR, HIGH);
digitalWrite(X_STP, HIGH);
delay(1);
digitalWrite(X_STP, LOW);
delay(1);
}
for (int i = 0; i < steps; i++) {
digitalWrite(Z_DIR, HIGH);
digitalWrite(Z_STP, HIGH);
delay(1);
digitalWrite(Z_STP, LOW);
delay(1);
}
for (int i = 0; i < steps; i++) {
digitalWrite(A_DIR, HIGH);
digitalWrite(A_STP, HIGH);
delay(1);
digitalWrite(A_STP, LOW);
delay(1);
}
delay (1000);
}[/code]

驱动4个NEMA步进电机（42步进电机）电路连接示意图

除了复制模式外，端口A也可以独立模式来控制电机。这时端口A上的电机才会根据Arduino的程序控制运行。注意：在独立模式下，端口A上安装的A4988驱动板的step引脚是由Arduino的D12引脚所控制。dir引脚是由Arduino的D13引脚所控制。
设置端口A的工作模式。以上两种模式的设置是通过扩展板上专门用于设置端口A工作模式的一系列插针来完成的，如下图所示。

端口A的两种工作模式
CNC扩展板的端口A比其它三个端口的功能要更丰富一些。但是使用端口A以前，我们必须先进行一些设置工作，因此很多朋友对如何使用该端口有些不知所措。接下来我将解释如何使用和设置CNC扩展板的端口A来控制步进电机。
端口A有两种工作模式。第一种模式是复制X、Y、Z中任意一个端口上的电机运行情况（以下简称复制模式）。第二种模式是独立模式。
所谓复制模式就是端口A所接的电机完全复制其它端口上的电机运行状态。比如我们将端口A设置为复制端口X，那么端口A电机的运行状况将是完全复制端口X上的电机运行状况。注：在复制模式下，端口A电机不受Arduino开发板的程序控制而只是单纯的复制端口X电机运行。

[font=微软雅黑]使用端口A驱动电机[/font]
[font=微软雅黑]
[/font]

实验场景图

实验记录视频
【花雕动手做】实验之四：无库控制三只步进电机X、Y与Z 实现动态旋转
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[media=x,500,375]https://www.bilibili.com/video/BV1uzehe7Eca/?share_source=copy_web&vd_source=371a292a55e5ca9be994cbb4a86cc987[/media]

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之四：无库控制三只步进电机X、Y与Z 实现动态旋转
实验开源代码
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【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之四：无库控制三只步进电机X、Y与Z 实现动态旋转
*/
// 定义引脚
const int StepX = 2;
const int DirX = 5;
const int StepY = 3;
const int DirY = 6;
const int StepZ = 4;
const int DirZ = 7;
void setup() {
pinMode(StepX, OUTPUT);
pinMode(DirX, OUTPUT);
pinMode(StepY, OUTPUT);
pinMode(DirY, OUTPUT);
pinMode(StepZ, OUTPUT);
pinMode( DirZ, OUTPUT);
}
void loop() {
//设置方向，HIGH表示顺时针，LOW表示逆时针
digitalWrite(DirX, HIGH);
digitalWrite(DirY, HIGH);
digitalWrite(DirZ, HIGH);
//循环300步
for (int x = 0; x < 300; x++) {
digitalWrite(StepX, HIGH);
delayMicroseconds(500);
digitalWrite(StepX, LOW);
delayMicroseconds(500);
}
delay(500); //延迟0.5秒
//循环300步
for (int x = 0; x < 300; x++) {
digitalWrite(StepY, HIGH);
delayMicroseconds(500);
digitalWrite(StepY, LOW);
delayMicroseconds(500);
}
delay(500); //延迟0.5秒
//循环200步
for (int x = 0; x < 200; x++) {
digitalWrite(StepZ, HIGH);
delayMicroseconds(500);
digitalWrite(StepZ, LOW);
delayMicroseconds(500);
}
delay(500); //延迟0.5秒
}[/code]

实验场景图

【花雕动手做】实验三：使用AccelStepper库驱动三只步进电机X、Y与Z 实现往复旋转
实验记录视频
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[media=x,500,375]https://www.bilibili.com/video/BV154e9e9ED5/?share_source=copy_web&vd_source=371a292a55e5ca9be994cbb4a86cc987[/media]

项目实验之三：使用AccelStepper库驱动三只步进电机X、Y与Z 实现往复旋转
实验开源代码
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【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之三：使用AccelStepper库驱动三只步进电机X、Y与Z 实现往复旋转
*/
//本程序使用AccelStepper库
#include
// 定义电机控制用常量
const int enablePin = 8; // 使能控制引脚
const int xdirPin = 5; // x方向控制引脚
const int xstepPin = 2; // x步进控制引脚
const int ydirPin = 6; // y方向控制引脚
const int ystepPin = 3; // y步进控制引脚
const int zdirPin = 7; // z方向控制引脚
const int zstepPin = 4; // z步进控制引脚
const int moveSteps = 300; //测试电机运行使用的运行步数
AccelStepper stepper1(1, xstepPin, xdirPin); //建立步进电机对象1
AccelStepper stepper2(1, ystepPin, ydirPin); //建立步进电机对象2
AccelStepper stepper3(1, zstepPin, zdirPin); //建立步进电机对象3
void setup() {
pinMode(xstepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988x步进引脚为输出模式
pinMode(xdirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988x方向引脚为输出模式
pinMode(ystepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988y步进引脚为输出模式
pinMode(ydirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988y方向引脚为输出模式
pinMode(zstepPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988z步进引脚为输出模式
pinMode(zdirPin, OUTPUT); // Arduino控制A4988z方向引脚为输出模式
pinMode(enablePin, OUTPUT); // Arduino控制A4988使能引脚为输出模式
digitalWrite(enablePin, LOW); // 将使能控制引脚设置为低电平从而让
// 电机驱动板进入工作状态
stepper1.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper1.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
stepper2.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper2.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
stepper3.setMaxSpeed(300.0); // 设置电机最大速度300
stepper3.setAcceleration(20.0); // 设置电机加速度20.0
}
void loop() {
// 控制步进电机1往复运动
if ( stepper1.currentPosition() == 0 ) {
stepper1.moveTo(moveSteps);
} else if ( stepper1.currentPosition() == moveSteps ) {
stepper1.moveTo(0);
}
// 控制步进电机2往复运动
if ( stepper2.currentPosition() == 0 ) {
stepper2.moveTo(moveSteps / 2);
} else if ( stepper2.currentPosition() == moveSteps / 2 ) {
stepper2.moveTo(0);
}
// 控制步进电机3往复运动
if ( stepper3.currentPosition() == 0 ) {
stepper3.moveTo(moveSteps / 4);
} else if ( stepper3.currentPosition() == moveSteps / 4 ) {
stepper3.moveTo(0);
}
stepper1.run(); // 1号电机运行
stepper2.run(); // 2号电机运行
stepper3.run(); // 3号电机运行
}[/code]

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二百二十四：Arduino CNC Shield V3 步进电机拓展模块（驱动四只电机）
项目实验之三：使用CNC Shield 驱动三只步进电机X、Y与Z 实现往复旋转
实验模块接线示意图