Principes communs de câblage d'un moteur pas à pas¶

Ce que l'on va faire ici¶

Nous allons prendre le temps de détailler les différentes connexions type d'un driver (ou étage, c'est synonyme) de contrôle d'un moteur pas à pas. Il s'agit ici de bien comprendre la fonction des différentes broches du driver, que l'on retrouvera en pratique dans tous les cas de figures concrets.

Ces principes communs seront ensuite déclinés dans les différents cas de figure concrets.

Au commencement le moteur !¶

Le point de départ est donc le moteur pas à pas bipolaire qui correspond en interne, comme vous le savez à présent, à 2 bobines que l'on appelle phases : le moteur dispose donc de 4 fils correspondant aux 2 paires de fils des 2 bobines ou phases.

Le driver se connecte au moteur¶

Très logiquement, dans la mesure où le driver va nous servir à contrôler le moteur pas à pas bipolaire, le driver dispose de 4 broches permettant d'y connecter le moteur pas à pas.

Info

Typiquement : * dans le cas des drivers externes, ces broches sont appelées A+ / A- pour la première bobine ou phase A et B+ / B- pour la seconde bobine ou phase B. * dans le cas des étages miniatures, ces broches sont appelées 1A/1B pour la première bobine ou phase 1 et 2A / 2B pour la seconde bobine ou phase 2.

Le driver reçoit les broches de commande¶

Le driver servant à contrôler le moteur, il reçoit, conformément à ce que l'on a expliqué précédemment, 2 "manettes" de commande appelées broches (appelée ici broches logiques ou entrées logiques, tous ces mots étant synonymes) :

la broche de pas pour indiquer de passer au pas suivant, qui se comporte comme un « goutte à goutte », tic, tac, tic, tac
la broche de direction pour indiquer le sens dans lequel on veut aller, qui se comporte comme un interrupteur, par ici ou par là

En pratique, l'étage reçoit une 3ème entrée logique, appelée Enable qui a pour effet d'activer / désactiver l'étage. Cette broche est généralement active sur le niveau BAS.

Et ces broches viennent logiquement, c'est le cas de le dire, de l'électronique de contrôle, ou logique de contrôle, autrement dit, sont en provenance du micro-contrôleur, qui sera selon les cas un Arduino 8 bits, un ARM Cortex 32 bits voire même en provenance d'un raspberryPi directement (pour des utilisations simples, c'est possible... mais pas pour une machine numérique).

Ce qui nous donne au final :

Le driver doit être alimenté !¶

Comme tout dispositif, le driver doit être alimenté électriquement. Mais ici, on a une subtilité importante : le driver reçoit 2 alimentations !

En effet, le driver a 2 parties distinctes :

la partie "logique" qui traite les entrées logiques, et qui elle doit être alimentée avec la même alimentation que le micro-contrôleur utilisé, à savoir 5V ou 3.3V selon les cas.
la partie "moteur" ou "de puissance" qui assure l'alimentation des moteurs, sachant que çà peut aller jusqu'à plusieurs ampères par phase en fonctionnement. Cette alimentation est typiquement en 12V, en prévoyant environ 50W par moteur environ (je rappelle que P=UxI donc I=P/U soit 50W/12V soit 4A environ).

Au final, le driver va donc recevoir :

une alimentation logique, la même que celle du micro-contrôleur, en 5V ou 3.3V sous quelques dizaines de mA.
une alimentation moteurs, typiquement 12V sous plusieurs ampères.

Notre schéma devient alors :

Info

Pour info, dans le cas des étages externes, les 2 alimentations sont strictement séparées électriquement grâce à des opto-coupleurs en entrée des broches logiques de l'étage numérique. On appelle çà l'isolation galvanique. C'est une sécurité intéressante pour ne pas abîmer l'électronique de contrôle même si on fait des bêtises avec les moteurs.

Pour bénéficier de cette protection avec les étages externes, il sera important de ne mettre aucun point commun, notamment la masse, entre l'alimentation logique et l'alimentation moteur. Mais nous en reparlerons.

Warning

C'est aussi pour çà que je préfère (et de loin !) les étages externes pour les initiations, plutôt que les étages miniatures, car ainsi les choses sont claires et on ne risque pas de griller du matériel bêtement. Avec un étage miniature, une simple inattention peut suffire à griller l'étage ou abîmer l'électronique de contrôle !

Une dernière petite chose : le réglage du mode micro-pas ou micro-stepping¶

Comme cela a été expliqué par ailleurs, les étages pour moteurs pas à pas bipolaire sont capables de générer des pas supplémentaires : on appelle cela le mode micropas ou mode microstep ou "microstepping".

En clair, le driver va créer électroniquement des pas intermétaires supplémentaires entre les pas physiques du moteur. Le nombre pas supplémentaires s'exprime sous la forme d'un taux de division du pas natif ou physique :

1/1 : le micropas correspond au pas physique du moteur
1/2 : le micropas correspond à 1/2 pas physique du moteur et il y en a 2 par pas. Le nombre total de micropas est x2.
1/4 : le micropas correspond à 1/4 pas physique du moteur et il y en a 4 par pas. Le nombre total de micropas est x4.
1/8 : le micropas correspond à 1/8 pas physique du moteur et il y en a 8 par pas. Le nombre total de micropas est x8.
1/16 : le micropas correspond à 1/16 pas physique du moteur et il y en a 8 par pas. Le nombre total de micropas est x16.

Pour régler le mode utilisé par le driver de moteur pas à pas, on dispose typiquement d'une possibilité de réglage soit par switchs, soit par cavaliers de contact. Généralement au nombre de 3, ils permettent ainsi de régler plusieurs modes de pas différents qui sont indiqués dans la documentation de l'étage utilisé.

Notre schéma devient donc :

Voilà, c'est tout !¶

Cette fois c'est fini ! Retenez au final que l'étage de moteur pas à pas a les connexions suivantes :

les 4 broches pour les 2 phases du moteur pas pas
les 3 broches logiques STEP/PULS, DIR et ENABLE
l'alimentation moteur et l'alimentation logique
les 3 broches de réglage du mode micropas utilisé.

Conseil d'ami

Sachez refaire ce schéma à la main de mémoire, histoire de bien intégrer les choses et d'être sûr que vous avez bien tout compris. Si vous maîtrisez bien çà, vous aurez fait un grand pas en avant dans votre compréhension d'une machine numérique !