作者：Bird
上一回【Maker電子學】步進馬達的原理與驅動—PART6，我們說明了如何讓步進馬達的轉子卡在兩步中間的「複相激磁」技術，以及它背後的原理與計算。這一回我們要繼續說明 A4988 如何產生複相激磁所需要的電流，來達成微步驅動。
微步進的設定 #
我們上一回在說明複相激磁的電流時，用了四分之一和二分之一兩個角度做範例，計算出複相激磁所需要的電流，而且由於計算電流會用到向量和三角函數，其實這個電流與角度的等分並非呈線性的關係。
比方說，要讓步進馬達停在兩步的中間，而且產生與單相激磁相同的扭力，則兩相要各通上單相激磁的 0.707 倍的電，而此時兩相加起來的電流會是單相激磁的 1.414 倍，這代表有 0.414 倍的激磁電流被浪費掉了。
要讓步進馬達停在兩步中間四分之一的位置，而且產生與單相激磁相同的扭力，則其中一相要通上單相激磁 0.38 倍的電流，而另一相則要通上單相激磁 0.92 倍的電流，此時轉子的位置會在接近 0.92 倍電流激磁這一相 1/4 步的位置。
要產生這樣的電流變化，需要計算三角函數，因此簡單的電路是做不到的。如果沒有浮點計算的能力，大概就得用查表的方法來得到這些數字，再用數字產生對應的電流，而 A4988 就有內建這樣的功能。
A4988 有三支腳，分別叫做 MS1、MS2、MS3，就是用來設定微步進（microstep）的分割程度。這三支腳有五種有效狀態：
（圖片來源：Bird 提供）
所謂 1/2 步微步進的意思，就是原來的每一步會被分成兩步，也就是說如果這個馬達原來是 200 步轉一圈，就會變成 400 步轉一圈，而 1/16 步微步進就厲害了，原來的每一步都會被分成 16 步，原來 200 步一圈的馬達就會變成 3200 步一圈。
微步進的電流 #
A4988 的 datasheet 上有畫出各種微步進模式下，兩個相位的電流。我們可以來驗證一下我們之前的計算。
下圖是 A4988 在 1/2 微步進模式下，兩個相位之間的電流變化：
（圖片來源：Bird 提供）
當其中一個相位的電流是 100% 而另一個相位是 0% 時，就是單相激磁，也就是步進馬達原來全步的位置。從圖中可以看出來，在兩個全步中間，會有兩相的電流都是 70.71% 的時候，這就是兩相同時激磁，可以讓馬達的轉子停在兩相中間的位置，而電流的符號則代表電流的方向。
我們之前講過全步激磁時線圈的激磁順序，但沒有講到電流。現在加上電流就是這樣：
- A 線圈正向 100% 驅動
- B 線圈正向 100% 驅動
- A 線圈反向 100% 驅動
- B 線圈反向 100% 驅動
而 1/2 步微步進激磁時，線圈的激磁順序及電流就變成：
- A 線圈正向 100% 驅動
- 同時 A 線圈正向 70.71% 驅動、B 線圈正向 70.71% 驅動
- B 線圈正向驅動 100%
- 同時 B 線圈正向 70.71% 驅動、A 線圈反向 70.71% 驅動
- A 線圈反向驅動 100%
- 同時 A 線圈反向 70.71% 驅動、B 線圈反向 70.71% 驅動
- B 線圈反向驅動 100%
- 同時 B 線圈反向 70.71% 驅動、A 線圈正向 70.71% 驅動
而另一件有趣的事情是，A4988 在全步驅動模式下，並不是用 1/2 步模式下的 1、3、5、7 步，而是用 1/2 步模式下的 2、4、6、8 步，每次都有兩組線圈激磁。這麼做的好處是，如果我們只需要全步驅動，而不需要 1/2 步的話，每一步都有兩組線圈按激磁，而如果我們把兩組線圈的電流都提高到 100%，就可以有單相激磁時的 1.414 倍扭力。
因此 A4988 的全步驅動模式是這樣：
- 同時 A 線圈正向 70.71% 驅動、B 線圈正向 70.71% 驅動
- 同時 B 線圈正向 70.71% 驅動、A 線圈反向 70.71% 驅動
- 同時 A 線圈反向 70.71% 驅動、B 線圈反向 70.71% 驅動
- 同時 B 線圈反向 70.71% 驅動、A 線圈正向 70.71% 驅動
如果我們仔細看 A4988 在 1/8 微步模式下的驅動電流圖，會有一個更有趣的發現：
（圖片來源：Bird 提供）
有沒有覺得這兩個相位的驅動電流就是兩個相位相差 90 度的 sine 波形，或者也可以說一相是 sine 另一相是 cosine？
沒錯，其實我們在上一回計算相位電流時，就已經可以知道這個現象：
（圖片來源：Bird 提供）
線圈 B 的電流 = c * sin (θ)
線圈 A 的電流 = c * cos (θ)
C 是單相全步激磁的 100% 電流
因此隨著角度 θ 的變化，兩個線圈 A 和 B 的電流必定是 sine 和 cosine 的波形。
小結 #
這一回我們介紹了 A4988 的微步進設定接腳，以及驗算了 A4988 用來驅動微步進的電流真的如同我們上一回計算的一樣，下一回我們要來說明 A4988 在實際應用上的電路設計，有哪些需要注意的地方。
（責任編輯：賴佩萱）
