Arduino步进电机驱动-内置转换器和过流保护的微特双路步进电机驱动扩展板（HR4988）

动能世纪李工

步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。现在步进电机应用的领域越来越多。你也想要用Arduino控制你的步进电机吗，那将会有许多有趣的应用，如绘画仪，3D打印机，自动窗帘等等。

HR4988是一种便于使用的内部集成了译码器的微特步进电机驱动器。其设计为能使双极步进电机以全、半、1/4、1/8、1/16步进模式工作。步进模式由逻辑输入MSx选择。输出驱动能力达到38V和±2A。HR4988包含一个工作在慢衰或混合衰减模式的固定衰减时间的电流调节器。译码器是HR4988易于实施的关键。通过STEP简单的输入一个脉冲就可以使电机完成一次步进，省去了相序表，高频控制线及复杂的编程接口。这使其更适于在没有复杂的微处理器或微处理器负担过重的场合。在步进操作期间，HR4988的内部电路可以自动的控制其PWM操作工作在快、慢及混合衰减模式。在混合衰减模式下，器件初始经过一段时间的快衰减后，将切换至慢衰减模式直至固定衰减时间结束。混合衰减模式控制不但降低了电机工作时产生的噪声，还增加了步进的准确性，同时减小了系统的功耗。内部的同步整流控制电路改善了PWM操作时的功耗。内部保护电路包括：带迟滞额过热保护、欠压锁定及过流保护。不需要特别的上电时序。

兼容Arduino UNO R3、Leonardo、Mega等控制器，具备完整端口扩展功能。支持XBee，XBee Wi-Fi，蓝牙和射频模块，保证您无线通信的需要。

板子Xbee接口角落上有一个wireless开关。PROG时停止无线模块工作，可用USB编程。RUN时能够用无线模块通信。

HR4988步进电机驱动扩展板引脚说明和连接图

HR4988电机驱动芯片应用图

HR4988电机驱动芯片功能模块图

模块功能描述

器件工作：HR4988是一种便于使用的内部集成了译码器的微特步进电机驱动器,只需少量的控制线。其设计能够让双极步进电机以全、半、1/4和1/8、1/16步进工作。每一个H桥都有一个有固定衰减时间的PWM电流控制电路，以限制其N沟道DMOS功率管的负载电流在一个设计值。每个步进的全桥输出电流是由外部检流电阻(RS1和RS2)的值，参考电压(VREF)和DAC(依次由译码器的输出控制)的输出电压来设定。

在上电或复位时，译码器将DAC和相电流的极性设为初始的Home状态，且两相的电流调节器均工作在混合衰减模式。当一个步进信号进入STEP端口，译码器自动将DAC排序进入下一电平和电流极性。微步细分精度由MS1、MS2和MS3输入组合确定。

当步进进行时，如果DAC的输出电平低于前一个输出电平，则当前的H全桥进入混合衰减模式。如果DAC输出电平高于或者等于前一个电平，则当前的H全桥进入慢衰减模式。自动的电流衰减选择通过减小电流波形失真改善了微步进性能，其产生原因是电机的反电动势。

微步进选择(MS1、MS2、MS3)：微步细分精度由MS1、MS2 和MS3 逻辑输入电压确定。MSx 均有下拉电阻。当改变步进模式时，直到下一个STEP 的上升沿才起作用。如果步进模式改变，而译码器没有复位，其绝对位置必须要保持。为了防止丢步，选择一个适用于所有步进模式的步进位置，再去改变步进模式，这点很重要。当器件断电或者由于过温重启或过流时，译码器被置于home 位置，这是所有步进模式默认的共同位置。

混合衰减操作：当上电复位后正常工作时，根据ROSC 的配置和步进顺序，H 桥工作于混合衰减模式。在混合衰减期间，当达到预定值时，HR4988 初始进入快衰模式，快衰减时间占固定衰减时间tOFF 的31.25％。其后转为慢衰减直至固定衰减时间结束。时序框图在图7 中呈现。一般混合衰减只是在绕组中的电流从一个高的值变为一个低的值时需要，由译码器的设置决定。对大多数负载来说，混合衰减模式的自动选择很便利，因为能够减小电流上升时的纹波和防止电流下降时的丢步。特别是在一些非常低速的微步进应用中十分必要，绕组中反电动势的不足造成负载中的电流增加很快，导致丢步。通过将ROSC 管脚接地，混合衰减在100％的时间内起作用，无论电流上升或者下降，同时防止丢步。如果不存在丢步问题，也推荐使用自动选择混合衰减模式，因为其会减小电流纹波。详细描述请参考固定衰减时间一节。

低电流微步进：在某些应用中，过短的导通时间使得输出电流无法调节到程序设定的低电流水

平。为了防止这种现象，器件可以在电流波形的上升和下降两个方向都工作在混合衰减模式。这是通过将ROSC 管脚接地实现的。

复位输入（nRESET）：RESET 输入（低电平有效）使得TRANSLATOR 恢复初始状态，关断所有DMOS 输出，此时STEP 输入无效，直到RESET 重新变为高电平为止。

STEP输入：STEP 信号上升沿触发有效，通过TRANSLATOR 控制，每个STEP 上升沿触发使得电机有一个步进的变化。TRANSLATOR 控制DAC的输入和流过线圈的电流方向；每一步进的电流大小和转动角度由MS1、MS2 和MS3 输入逻辑电平控制。

方向控制（DIR）： DIR 输入控制马达的转动方向，在STEP 信号上升沿触发到来之前，任何

DIR 上的变动都对电路不产生影响；内部PWM 电流控制：每一个H 桥都有一个有固定衰减时间的PWM 电流控制电路，以限制其负载电流在一个设计值，ITRIP。初始时，对角线上的一对DMOS（一对上下桥臂）处于输出状态，电流流经电机绕组和SENSE 脚所接的电流取样电阻，RSx。当

取样电阻上的电压等于DAC 的输出电压时，电流取样比较器将PWM 锁存器锁定，从而关断源驱动器（上桥臂），进入慢衰减模式；或同时关断源驱动器和灌流驱动器（上下桥臂）进入快或混合衰减模式，使产生环流或电流回流至源端。该环流或回流将持续衰减至固定衰减时间结束为止。然后，正确的输出桥臂被再次启动，电机绕组电流再次增加，整个PWM 循环完成。其中，最大限流是由取样电阻RSx 和电流取样比较器的输入电平VREF 控制的，ITripMAX(A)由下式决定：

ITrip MAX＝VREF／(8×Rs)

每步的实际电流为最大电流的百分比，近似为：

ITtip=(%ITtip Max/100)ITrip Max

注意：SENSE 脚上的最大电压不能超过0.5V。

未完待续。。。

今天就先说到这里咯。后续的描述在下次给大家说一下。