Allegro A4988 and Arduino (3)

luca 30/05/2013 34

In the last part of my tutorial about the A4988 driver, I’m going to explain how to build a controller to adjust speed and rotation direction of a stepper motor.

Schematics

I used the same setup introduced in a previous post:

  • an Arduino Uno;
  • a LCD Keypad shield;
  • a Pololu A4988 driver mounted on a breadboard;
  • a NEMA17 stepper motor.

GUI

Using the controller, you can adjust the speed (from 0 to 70 RPM, revolutions per minute) and the rotation direction.

On the LCD are displayed the actual speed, direction and a progress bar:

The 5 available buttons are used to control the motor:

  • UP and DOWN adjust the speed;
  • LEFT and RIGHT adjust the direction;
  • SELECT activates the emergency stop (speed = 0).

Continuous rotation

To achieve a continuous rotation, your sketch must send the step commands to the Pololu driver at constant frequency.

Let’s see an example: for a speed of 60RPM and for a motor with 200 steps / revolution, Arduino must send to the driver (60*200)/60 = 200 commands / sec or a command every 5ms.

To ensure an accurate timing, I’m going to use the interrupts generated by the Timer1 as explained in this article.

From the Playground you can download a convenient library to configure that Timer:

#include 
[...]
Timer1.initialize(100);
Timer1.attachInterrupt(timerIsr);

With the instructions above, you configure the Timer1 to trigger an interrupt every 100 millisecondi (0.1ms) and to invoke, at each interrupt, the timerIsr() function.

The “temporal distance” between a step command and the next one depends on the current speed (in the example above for a speed of 60RPM the distance is 5ms). Given that the possible speeds are only 15 (from 0 to 70RPM with a 5RPM increment), I calculated that distance (in ticks of 0.1ms) for the different speeds and stored the values in an array:

const int speed_ticks[] = {
-1, 600, 300, 200, 150, 120, 100, 86, 75, 67, 60, 55, 50, 46, 43};

Within the timerIsr() function a counter is incremented and – if it has reached the ticks for the current speed – a step command is sent to the driver:

void timerIsr() {
 
  if(actual_speed == 0) return;
 
  tick_count++;
 
  if(tick_count == ticks) {  
 
    // make a step
    digitalWrite(PIN_STEP, HIGH);
    digitalWrite(PIN_STEP, LOW);
 
    tick_count = 0;
  }
}

In the next page, I’ll explain the rest of the sketch and show an example of its working…

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34 Comments »

  1. Nikolai 20/08/2013 at 07:42 - Reply

    Hi Luca!
    Thank you very much. But there is one big prolema, I have it hangs does not work, the engine is spinning and the buttons are not controlled.
    Do “reset” button is working again controlled, then again hanging is not controlled by buttons.
    Using the Arduino Uno, tried Arduino Mega 2560 also does not work.
    Please help solve the problem

  2. Nikolai 26/08/2013 at 05:15 - Reply

    37 int previous_time;

    change to
    37 unsigned long previous_time;

  3. berlon 17/11/2013 at 09:33 - Reply

    Hi !
    Can i use your scheme with EasyDriver 4.4 ?
    Example here http://bildr.org/2011/06/easydriver/

    I think that 3 inputs from arduino is the same ..?!

    • luca 17/11/2013 at 10:38 - Reply

      Hi, it should work because the EasyDriver has the same STEP/DIR interface as the controller I used.
      Let me know!

  4. Paolo 15/12/2013 at 15:24 - Reply

    Caro Luca,
    Vorrei usare il tuo programma per collegare i seguenti componenti

    un Arduino Uno;
    un LCD Keypad shield;
    un driver Pololu DRV8825 montato su breadboard;
    un motore stepper NEMA 23

    Potresti darmi qualche suggerimento per i collegamenti?
    Grazie
    Paolo

    • luca 16/12/2013 at 14:14 - Reply

      Ciao Paolo,

      sostanzialmente i collegamenti sono gli stessi del mio esempio perché il driver DRV8825 è pin compatibile con quello usato da me (chip A4988).

  5. Antonio 09/01/2014 at 19:14 - Reply

    Salve Luca, in anzi tutto complimenti per i tutorial sono veramente interessanti e molto chiari.
    vorrei usare il tuo programma facendogli qualche modifica ma non ci riesco, potresti darmi una mano?
    Le modifiche sono le seguenti:
    1 dovrei pilotare in microsecondi anzi che in milisecondi
    2 sul display lcd anzi che visualizzare la velocità in RPM dovrei visualizzare il ritardo tra un passo e l’altro
    Spero che tu possa darmi una mano perché non ci riesco proprio.
    Grazie.

    • luca 14/01/2014 at 18:51 - Reply

      Ciao Antonio

      partiamo dalla prima richiesta perché mi “preoccupa”… difficilmente riuscirai ad avere passi della durata di microsecondi a causa dell’inerzia e della corrente; volevi ottenere una elevata velocità?

  6. Antonio 15/01/2014 at 09:24 - Reply

    Ciao Luca Grazie per avermi risposto, no non è per aumentare la velocità
    Ma per avere più scelta.
    Mi spiego meglio
    Sto usando
    Nema17 a 12v 1,2A 200 passi
    Arduino 2009
    Display lcd con tasti
    DRV8825
    Il tutto assemblato su una montatura equatoriale di un telescopico.
    Il motore deve far si che il telescopio compia un giro completo di 360 gradi in 24 ore sul asse AR, secondo la demoltiplica che ho usato per aumentare i giri e diminuire lo sforzo, il motore deve compiere un giro i circa 65 secondi e fin che vado a passi interi o a mezzi passi tutto ok ma se piloto a micropassi diciamo a 1/16 o 1/32 di passo con i millisecondi non riesco ad ottenere la rotazione nel tempo giusto.
    Praticamente dovrei impostare diverse velocità di rotazione aumentando di un secondo per ogni velocità e con i microsecondi dovrei riuscirci.
    Spero di essermi spiegato bene e grazie per la pazienza.
    Ciao

    • luca 27/01/2014 at 22:05 - Reply

      Ciao Antonio

      un giro in 65 secondi vuol dire che devi fare 200 passi in 65 secondi. Se anche vai a 32 microsteps, si parla sempre di 6400 “impulsi” ogni 65 secondi quindi circa 100 impulsi al secondo = 10ms a impulso… come mai ti serve invece lavorare con interrupt più frequenti?

  7. Marco 03/03/2014 at 20:04 - Reply

    Ciao Luca,
    Per prima cosa vorrei farTi i complimenti per questo progetto che formidabile!
    Forse ho sbagliato qualche cosa perchè ho comprato tutti i componenti hardware da Te usati, ma il programma non mi funziona bene.
    Infatti all’inizio il motorino va che è una meraviglia, ma se dopo un pó che , per esempio va a 45 rpm , decido di cambiare la velocità o invertire il senso in cui il motorino gira , accade che la tastiera della LCD keypad shield si blocca ed il motore non si puó più controllare.
    Potresti dirmi cosa sbaglio?
    Grazie in anticipo
    Marco

  8. IainA 25/04/2014 at 17:16 - Reply

    This code… is beautiful! You have no idea how useful this was (as I have many steppers and A4988’s lying around from various Repraps!)

    Thank you very much for posting a very concise and understandable set of tutorials!

    :D

  9. luca 10/07/2014 at 08:41 - Reply

    Buongiorno Luca

    Ho provato il tuo tutorial, ma il motore invece che girare effettua un passo avanti e uno indietro rimanendo sempre nella stessa posizione. Vorrei capire se e’ il motore che e’ rotto o la pcb della Pololu.

    grazie mille

    saluti

    • luca 14/07/2014 at 15:24 - Reply

      ciao Luca

      è possibile che sia collegato sbagliato al driver? uno step avanti e uno indietro sembra indicare che gli avvolgimenti del motore non sono collegati bene…

  10. alex 21/01/2015 at 13:13 - Reply

    Hi Luca!
    Greetings from Berlin :-)

    I was very glad to have seen your project, very great! I use it for my automatic Camera Slider
    I have downloaded and install the sketsch, it works but only in one direction. What’s wrong with it?

    photolink:
    https://www.dropbox.com/s/l1ygmvdgum1ui5n/Foto%2021.01.15%2013%2009%2059.jpg?dl=0

    lg. Alex

    • luca 21/01/2015 at 20:03 - Reply

      Hi Alex,

      the “arrow” on the LCD changes its direction? Check the connection between PIN3 of Arduino and the DIR pin of the stepper driver…

  11. antony 22/01/2015 at 00:30 - Reply

    ciao luca!
    volevo chiederti riusciresti a fare una variante del firmware dove e possibile usare un lcd 16×2 con convertitore ic2 ? ho chiedo troppo saluti antony attendo risposta !

  12. alex 24/01/2015 at 15:54 - Reply

    wow :-)

    you are right, the pin has bad contact
    now it moves in all directions

    video:
    https://www.dropbox.com/s/o38oc5defv8g4vj/Video%2023.01.15%2023%2018%2004.mov?dl=0

    one question…
    at 70 RPM is the motor rotation to slow for my slider, how can i more speedup the turns of the motor?

    i have already experiment..
    at higher speed i can´t change the direction the motor stops and hums

    • luca 31/01/2015 at 10:11 - Reply

      Hi Alex! what did you change in the sketch to add higher speeds?

  13. alex 03/02/2015 at 12:10 - Reply

    i have change folowing lines:

    // debounce time (milliseconds)
    #define DEBOUNCE_TIME 70

    // lookup table speed – ticks (interrupts)
    const int speed_ticks[] = {-1, 4000, 300, 200, 100, 80, 70, 60, 65, 60, 50, 48, 35, 25, 20};
    (4000 is for the timelapse operation)

    int unsigned long previous_time;

    // init the timer1, interrupt every 0.1ms
    Timer1.initialize(23);
    Timer1.attachInterrupt(timerIsr);

    when i change the timer1 value to higher the motor freaks out at higher speeds/turns.. can it be, that the motordriver is not fast enough?

    • luca 04/02/2015 at 21:53 - Reply

      Hi Alex: ticks is the number of “interrupts” between one step and the next one, so try reducing the last value and at the same time reduce also the Timer1.initialize() value

  14. Ruslan 21/02/2015 at 18:13 - Reply

    Hi, Luka!
    Thank you very much for your project, everything works fine. I have only one question, how to make the rotation of the stepper motor (FL57STH76-1006 1.8*) faster and reduce vibration?
    I changed the code and it helped a little:
    // init the timer1, interrupt every 0.05 ms
    Timer1.initialize(18);
    Timer1.attachInterrupt(timerIsr);

    Thanks in advance for your reply!

    • luca 24/02/2015 at 21:06 - Reply

      Hi Ruslan,

      you can also decrease the values in the speed_ticks[] vector… for example if you configure Timer1 to trigger every 0.02ms (Timer1.initialize(20)) a speed_ticks[] value of 100 makes the motor rotate 1 step / 2ms that is (for a 200 steps/rev motor) a revolution every 0.4 seconds = 150RPM

  15. Ruslan 26/02/2015 at 19:33 - Reply

    Luca, many thanks!!!
    I played around with “values in the speed_ticks[] vector” and reached the speed limit for my motor. Now I am happy :)
    Originally, my project was based on this: http://www.minie.airiclenz.com/hardware-2/hardware/ . Now I have 2 codes for timelapse and for video footage.

  16. Paolo 13/04/2015 at 21:28 - Reply

    Ciao come posso adattare il tuo fantastico progetto alla mia motor shield r3 e keypad lcd? ho reso tutto impilabile e perfettamente compatibile facendo tagliando A0 etc etc.

    Grazie del futuro supporto.

    • luca 13/04/2015 at 21:35 - Reply

      Ciao Paolo, purtroppo la r3 non consente un controllo “facile” dei motori stepper rispetto al driver che ho usato io quindi penso (non ho la shield) che richieda diverse modifiche perché funzioni.

  17. Paolo 13/04/2015 at 22:02 - Reply

    Ok, ti ringrazio davvero molto per la tempestiva risposta! incredibile!

    Grazie Molte.

  18. Pidrman 07/09/2015 at 21:43 - Reply

    Hello

    I apologize for my English.

    I have a problem with the functioning of Arduino.
    I have Arduino UNO R3 + LCD Shield. After starting set the speed of 5 RPM for 1 minute Arduino error. Arduino freezes. What is wrong ?

    Thanks Pidrman

    • luca 08/09/2015 at 07:22 - Reply

      Hi! after exactly one minute or is the time random? Could be some noise coming from the motor…

  19. FLORIN 27/01/2016 at 21:13 - Reply

    Luca,

    I need your help.
    I need to control a bipolar, 2 phase stepper.

    I would like to use your setup which I find it brilliant…
    But… I need really low RPM…..0.25 – 0.5 – 1 rpm…

    Is this achievable with this project ?
    Appreciate your response.

    • luca 31/01/2016 at 13:31 - Reply

      Hi Florin, if you increase the delay between two interrupts (Timer1.initialize(xxx)) you can achieve lower RPMs

  20. Giovanni 03/06/2016 at 10:37 - Reply

    Ciao Luca! Bel lavoro.. io ho i tuoi stessi pezzi, LCD pololu etc.. mi spieghi i collegamenti? In particolare da dove prendi i segnali di uscita per il motore? Sono due?

  21. Lucian Hudin 29/06/2016 at 17:48 - Reply

    hey, might want to declare prev_time as unsigned long in arduino 1.

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