【花雕学编程】Arduino动手做（224）---CNC Shield V3 拓展模块

  【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）
  项目实验之二：使用CNC Shield 驱动二只步进电机X与Y实现往复旋转

实验开源代码

/*
  【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）
  项目实验之二：使用CNC Shield 驱动二只步进电机X与Y实现往复旋转
*/

// 定义引脚
const int StepX = 2;
const int DirX = 5;
const int StepY = 3;
const int DirY = 6;
const int StepZ = 4; //未接入电机
const int DirZ = 7;  //未接入电机

void setup() {
  pinMode(StepX,OUTPUT);
  pinMode(DirX,OUTPUT);
  pinMode(StepY,OUTPUT);
  pinMode(DirY,OUTPUT);
  pinMode(StepZ,OUTPUT);
  pinMode( DirZ,OUTPUT);
}

void loop() {
 digitalWrite(DirX, HIGH); //设置方向，HIGH表示顺时针，LOW表示逆时针
 digitalWrite(DirY, HIGH);
 digitalWrite(DirZ, HIGH);
 
 for(int x = 0; x<200; x++) { //循环200步
  digitalWrite(StepX,HIGH);
  delayMicroseconds(500);
  digitalWrite(StepX,LOW); 
  delayMicroseconds(500);
 }
delay(1000); //延迟1秒

for(int x = 0; x<200; x++) { //循环200步
  digitalWrite(StepY,HIGH);
  delayMicroseconds(500);
  digitalWrite(StepY,LOW); 
  delayMicroseconds(500);
 }
delay(1000); //延迟1秒

for(int x = 0; x<200; x++) { //循环200步
  digitalWrite(StepZ,HIGH);
  delayMicroseconds(500);
  digitalWrite(StepZ,LOW); 
  delayMicroseconds(500);
 }
delay(1); //延迟1秒
}
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实验模块接线示意图

实验场景图

实验记录视频

【花雕学编程】项目实验之二：使用CNC Shield 驱动二只步进电机X与Y实现往复旋转

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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

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

/*
  【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 <AccelStepper.h>

// 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
}
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【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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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

/*
  【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
}
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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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实验场景图

使用端口A驱动电机

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。

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。

驱动4个NEMA步进电机（42步进电机）电路连接示意图

  【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

/*
  【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);
}
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实验场景图

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

[url]https://www.bilibili.com/video/BV1NPehe3Emf/?share_source=copy_web&vd_source=371a292a55e5ca9be994cbb4a86cc987[/url]

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。

  【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

/*
  【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 <AccelStepper.h>  //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
}
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