Arduino CNC Shield v3 初探

特殊时期，呆着家里收拾，发现了陈年的Arduino CNC Shield v3。
16年买的中国山寨板，一直放灰到今日

在论坛里也没搜到有关帖子，于是整理至此
这不是一篇具体的应用，只是对于自己初次尝试CNC盾板的一个记录

模块简介
Arduino CNC Shield v3

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。

材料清单

1、Arduino或兼容主控（例如：芒果，带USB下载线）
2、Arduino CNC Shield v3盾板
3、Reprap Stepper Driver 步进电机驱动器 A4988（国产，散热片可选，网上有绿板和红板基本一样，都是1A的）
4、步进电机（工作电流小于1A，受限于A4988）
5、12V开关电源（大于2A，实验用2A带动2个1A步进电机没问题，实际项目需根据硬件配置增大电流容量）
6、DC转接头（便于连接电源和CNC盾板）

实验步骤
1、先将Arduino CNC Shield v3盾板插入Arduino主控，并连接DC转换头（注意电源正负标识）

2、插上1个A4988电机驱动，和1个步进电机。注意接口插头方向！
这里右侧4P排针实际从上到下的顺序是2B、2A、1A、1B，与盾板标注的不符（标注为其他型号）
步进电机的线序要和端子的对上！然后盾板接上12V电源

3、先按照卖家的样例程序测试一下，

#define EN        8       //步进电机使能端，低电平有效
#define X_DIR     5       //X轴 步进电机方向控制
#define Y_DIR     6       //y轴 步进电机方向控制
#define Z_DIR     7       //z轴 步进电机方向控制
#define X_STP     2       //x轴 步进控制
#define Y_STP     3       //y轴 步进控制
#define Z_STP     4       //z轴 步进控制
/*
 //函数：step    功能：控制步进电机方向，步数。
 //参数：dir 方向控制, dirPin对应步进电机的DIR引脚，stepperPin 对应步进电机的step引脚， steps 步进的步数
 //无返回值
 */

void step(boolean dir, byte dirPin, byte stepperPin, int steps)
{
  digitalWrite(dirPin, dir);
  delay(50);
  for (int i = 0; i < steps; i++) {
    digitalWrite(stepperPin, HIGH);
    delayMicroseconds(800);  
    digitalWrite(stepperPin, LOW);
    delayMicroseconds(800);  
  }
}

void setup(){//将步进电机用到的IO管脚设置成输出
  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(EN, OUTPUT);
  digitalWrite(EN, LOW);
}

void loop(){
  step(false, X_DIR, X_STP, 200); //X轴电机 反转1圈，200步为一圈
  step(false, Y_DIR, Y_STP, 200); //y轴电机 反转1圈，200步为一圈
  step(false, Z_DIR, Z_STP, 200); //z轴电机 反转1圈，200步为一圈
  delay(1000);
  step(true, X_DIR, X_STP, 200); //X轴电机 正转1圈，200步为一圈
  step(true, Y_DIR, Y_STP, 200); //y轴电机 正转1圈，200步为一圈
  step(true, Z_DIR, Z_STP, 200); //z轴电机 正转1圈，200步为一圈
  delay(1000);
}

编译和下载成功，但是步进电机纹丝没动。。。。。

好坑。。。经过一系列的排查后，发现USB插座和盾板的焊点短路了。。。
还好没烧板子，用红色胶布做了个隔离，步进电机就转起来了。
然后红色旗子会转来转去，大家脑补一下吧。

我尝试拔掉USB供电，发现不行。因为盾板是独立供电，没有给Arduino供电。盾板的VIN插针是悬空的！
所以最好用两路独立电源分别给主控和盾板供电，也是为了降低干扰。
顺便看了下Arduino自带的步进电机库，发现不支持这个驱动模块，只支持L293一类的驱动

4、然后下载GRBL库，并放入Arduino库文件夹下
..\\arduino-1.0.3\libraries\grblmain

5、打开GRBL样例程序

6、选择UNO和串口，并下载

7、下载GrblController
https://osoyoo.com/driver/GrblController361Setup.exe

8、安装并打开软件GrblController
在Port Name选择之前下载Arduino的端口号，确认波特率选择为9600，点击”Open”连接。
如果与Arduino UNO连接成功，”Open”会变成“Close/Reset”，背景为红色。然后就可以通过面板上的箭头控制步进电机了

关于界面操作请参考下面链接里的51hei那个，已经很详细了。
唯一需要注意的是下面这三个黄色标记的机械参数

它们的含义是步进电机带动滑块运动1mm控制器需要给出的脉冲个数。
公式如下参数=(（360/步进电机步距角）X驱动器选择细分数)/丝杆的螺距，例如下面这个步距角就是1.8度

这里顺便说下CNC盾板的针脚配置

MS0 , MS1 , MS2 跳线说明：（默认低电平，悬空或接地线，使用全步进模式）
表中分别是全步进，1/2步进，1/4步进，1/8步进，1/16步进模式。
例如本步进电机走一步是1.8度，一圈就是200步。如果使用1/16步进，则需要走3200步才等于一圈。
追求精度就细分，追求速度就全步进！
我做了个实验，当用跳帽设置成不同的细分后，在GrblController中点动轴，所移动的距离也是成比例缩放的。
例如下图X轴采用了1/8细分，在软件中点击轴移动的距离会是不用跳帽的Y轴的1/8

我还没做过实际的应用，也就下面一个实验视频。今天记录就到这里。

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