Arduino UNO开发板、Arduino CNC Shield V3.0扩展板、A4988驱动板、grbl固件使用教程

前言

CNC Shield V3.0可用作雕刻机，3D打印机等的驱动扩展板，板上一共有4路步进电机驱动模块的插槽，可驱动4路不进电机，而每一路步进电机都只需要2个IO口，也就是说，6个IO口就可以很好的管理3个步进电机，使用起来非常的方便，告别传统步进电机操作繁琐。将Arduino CNC Shield V3.0插到Arduino UNO上，并且安装GRBL固件就可以快速DIY一台CNC雕刻机出来。

1. 开发板封装

下图显示了GRBL使用的Arduino引脚的功能

GRBL Pin Layout:

参考https://github.com/gnea/grbl/wiki/Connecting-Grbl

Arduino CNC Shield V3.0除了拥有GRBL所有功能引脚外，还设计了一些额外引脚，实现更多功能。其原理图如下图所示：

额外引脚：

限位开关销已经折叠起来，这样每个轴都有一个“顶部/+”和“底部/-”。这使得为每个轴安装两个限位开关更容易。（用于常开开关）
EStop–这些引脚可以连接到紧急停止开关。这与Arduino板上的复位按钮相同。（我们建议安装一个额外的紧急按钮，切断所有机械的电源。一个真正的紧急按钮）
主轴和冷却液控制有自己的引脚。
外部GRBL命令引脚已经中断，允许您添加暂停/保持，恢复和中止按钮。
串行引脚（D0-1）和I2C引脚（A4-5）有自己的断开引脚，用于将来的扩展。I2C以后可以通过软件来控制诸如主轴转速或热控制之类的事情。
版本3.00的电路板增加了一个跳线来配置第四个轴（克隆另一个轴或从引脚D12-13运行）、通信头（RX+TX，I2C）和步进控制头（运行4个步进器所需的所有引脚）

2. 硬件安装

根据实际情况连接各组件，例如电机、限位开关、激光器、电机驱动器等。

在进行硬件安装过程需要注意一下几点：

1)电源的正负极切勿接反了，否则会烧坏你的设备，甚至发生火灾

2)电机驱动器的方向切记不要插反，否则会烧毁主板和驱动器,具体安装方向请参照驱动器数据手册并结合Arduino CNC Shield V3.0确定，本文以A4988作为电机驱动，其与Arduino CNC Shield V3.0连接方向如图所示

A4988支持全细分、1/2细分、1/4细分、1/8细分、1/16细分。每种细分方式通过Arduino CNC Shield V3.0的三个排针M0、M1、M2来设置，跳线帽盖到排针上代表高电平，不盖代表低电平。为了提高雕刻的精确度，采用16细分，需要用三个跳线帽将M0、M1、M2都盖上。如图

M0	M1	M2	细分数
Low	Low	Low	1
High	Low	Low	2
Low	High	Low	4
High	High	Low	8
High	High	High	16

细分数与电机转速的关系，以下图为例：

3) Arduino CNC Shield V3.0的输入电压是DC 12V-36V，不要输入高于36V的电压。虽然输入电压允许最高36V，不意味着什么情况下都可以用36V，因为有些电机驱动器的供电电压（VMOT）低于36V，例如A4988，它的供电电压是8-35V，如果此时使用36V供电的话就会烧坏驱动器。所以在选择电源的时候要查看对应电器驱动器的数据手册。下面列举几种常用的驱动器供电电压参数。

A4988

因为A4988内置了译码器，我们可以可以通过控制器的2个引脚来控制步进电机，一个控制旋转方向，另一个控制步数。A4988提供了五种不同的微步控制：全步（full-step），半步（haft-step），四分一步（quarter-step），八分之一步（eight-step）和十六分之一步（sixteenth-step）。此外，它还配备了一个调节电流输出、过热保护和过流保护的电位计。A4988的逻辑电压范围是：3~5.5V，如果配备较好的散热条件每相最大电流可达2A，在没有配备散热器的情况下，每相连续电流最好控制在1A范围内。
A4988特性参数