Du prototypage sur breadboard à l'intégration PCB
Utilisation du Driver A4988 pour Moteurs Pas-à-Pas
Ce tutoriel explique comment utiliser le driver A4988 d'Allegro pour contrôler des moteurs pas-à-pas bipolaires avec un ESP32, d'abord sur breadboard puis en intégration PCB professionnelle.
Machines/Outils :
Le A4988 est un driver de moteur pas-à-pas bipolaire fabriqué par Allegro MicroSystems. Simple, robuste et économique, il est l’un des drivers les plus répandus dans le monde des makers, des imprimantes 3D et des petites machines CNC.
Le A4988 est idéal pour les projets nécessitant :
Le A4988 est plus simple et moins cher que le TMC2209, mais il produit plus de bruit et de vibrations, et son microstepping s’arrête à 1/16. Pour des applications silencieuses ou des courants > 1.5A en continu, préférez le TMC2209 ou le DRV8825.
Le A4988 intègre deux ponts en H complets pour contrôler les deux bobines d’un moteur bipolaire. Le hachage du courant (chopping) est géré en interne grâce à des résistances de mesure (Rsense) et un oscillateur interne.
Il utilise une table de vérité de microstepping interne : en fonction des états de MS1, MS2 et MS3, le driver génère automatiquement les séquences de courant sinusoïdales pour le microstepping.
Le microstepping permet d’obtenir davantage de résolution lors de la rotation du moteur. Il s’agit d’un usage avancé des drivers de moteurs, permettant des déplacements plus fins et des mouvements plus silencieux.
Trois pins (MS1, MS2, MS3) permettent de sélectionner le mode de microstepping :
| MS1 | MS2 | MS3 | Mode | Steps/tour (moteur 1.8°) |
|---|---|---|---|---|
| GND | GND | GND | Full step | 200 |
| VDD | GND | GND | 1/2 step | 400 |
| GND | VDD | GND | 1/4 step | 800 |
| VDD | VDD | GND | 1/8 step | 1600 |
| VDD | VDD | VDD | 1/16 step | 3200 |
Les pins MS1, MS2, MS3 ont des résistances de pull-down internes. Laissées non connectées (flottantes), elles sont lues comme LOW (GND). Le mode par défaut, si rien n’est connecté, est donc le Full Step.
Brancher un condensateur de 100µF entre VMOT et GND est INDISPENSABLE. Sans lui, les pointes de courant lors du freinage moteur (back-EMF) peuvent détruire instantanément le A4988. Ce condensateur protège le driver.
Ne jamais alimenter le moteur via l’USB de l’ESP32 ! Le A4988 et le moteur nécessitent une alimentation externe 12-24V.
Alimentation moteur :
Alimentation logique :
Signaux de contrôle :
Microstepping (exemple 1/16) (optionnel) :
Sorties moteur :
Les pins RESET et SLEEP doivent être reliés ensemble (ou à 3.3V) pour que le driver soit actif. Si SLEEP est mis à LOW, le driver entre en mode veille. Si RESET est mis à LOW, le driver est réinitialisé.
Vérifiez TOUJOURS le pinout de votre module A4988 ! Bien que la majorité des modules suivent le standard Pololu/StepStick, certains clones ont des pins dans un ordre différent. Référez-vous à la sérigraphie sur le module.
Le courant maximum délivré au moteur se règle via le potentiomètre sur le module.
Formule :
Imax = Vref / (8 × Rsense)
→ Vref = Imax × 8 × Rsense
Valeurs selon le module :
Vref = Imax × 1.6Vref = Imax × 0.8Vref = Imax × 0.4Pour identifier votre Rsense :
Procédure :
Réglez le Vref AVANT de connecter le moteur, uniquement VDD alimenté. Tourner le potentiomètre dans le sens horaire augmente le courant. Ne dépassez jamais le courant nominal du moteur, sous peine de surchauffe rapide du driver et du moteur.
#include <Arduino.h>
// Pins GPIO de l'ESP32
#define STEP_PIN 12
#define DIR_PIN 13
#define ENABLE_PIN 14
// Paramètres moteur
// 200 pas/tour (moteur 1.8°) × 16 microsteps = 3200 pas/tour
const int stepsPerRevolution = 200;
const int microstepping = 16; // MS1=MS2=MS3=3.3V
const int totalSteps = stepsPerRevolution * microstepping;
void rotate(int steps, int delayMicros);
void setup() {
pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
pinMode(ENABLE_PIN, OUTPUT);
// Activer le driver (EN = LOW = actif)
digitalWrite(ENABLE_PIN, LOW);
Serial.begin(115200);
Serial.println("A4988 + ESP32 - Test de rotation");
}
void loop() {
Serial.println("Sens horaire - 1 tour");
digitalWrite(DIR_PIN, HIGH);
rotate(totalSteps, 500);
delay(1000);
Serial.println("Sens antihoraire - 1 tour");
digitalWrite(DIR_PIN, LOW);
rotate(totalSteps, 500);
delay(1000);
}
void rotate(int steps, int delayMicros) {
for (int i = 0; i < steps; i++) {
digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(delayMicros);
digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
delayMicroseconds(delayMicros);
}
}
Pour cette démonstration, la bibliothèque AccelStepper est obligatoire. Ajoutez la ligne suivante dans votre platformio.ini :
lib_deps = waspinator/AccelStepper@^1.64
Voici le code nécessaire à cette démonstration :
#include <Arduino.h>
#include <AccelStepper.h>
#define STEP_PIN 12
#define DIR_PIN 13
#define ENABLE_PIN 14
// AccelStepper::DRIVER = mode STEP/DIR (compatible A4988, DRV8825...)
AccelStepper motor(AccelStepper::DRIVER, STEP_PIN, DIR_PIN);
void setup() {
pinMode(ENABLE_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(ENABLE_PIN, LOW); // Activer le driver
motor.setMaxSpeed(3000); // Pas par seconde (maximum)
motor.setAcceleration(1000); // Pas par seconde²
motor.setCurrentPosition(0);
Serial.begin(115200);
Serial.println("A4988 + ESP32 - AccelStepper");
}
void loop() {
// Aller à 3200 pas (1 tour en 1/16 step)
Serial.println("Position cible : 3200");
motor.moveTo(3200);
while (motor.distanceToGo() != 0) {
motor.run();
}
delay(500);
// Revenir à 0
Serial.println("Retour position 0");
motor.moveTo(0);
while (motor.distanceToGo() != 0) {
motor.run();
}
delay(500);
}
Après validation du prototype sur breadboard, intégrons le module A4988 sur un PCB pour une solution robuste et compacte.
Pistes de puissance (VMOT, GND moteur) :
Découplage :
Signaux de contrôle :
Avant de brancher quoi que ce soit :
Le A4988 coupe automatiquement à 150°C. Si cela arrive régulièrement, réduisez le courant (Vref) de 20% ou améliorez la dissipation thermique (dissipateur, ventilateur, plan de cuivre plus grand).
Le A4988 est naturellement plus bruyant que les drivers de la gamme TMC. Ces techniques permettent d’atténuer le bruit :
Si le bruit est critique pour votre application, considérez un driver TMC2209 ou TMC2208 qui offrent un mode silencieux (StealthChop).
Le A4988 est un driver incontournable pour débuter avec les moteurs pas-à-pas. Associé à l’ESP32, il offre une base solide pour des projets connectés, avec la possibilité de contrôler le moteur à distance via WiFi ou Bluetooth.
Maintenant que vous maîtrisez le A4988 avec l’ESP32, explorez :
Vous avez maintenant toutes les clés pour intégrer le driver A4988 dans vos projets ESP32, du prototype sur breadboard à l’intégration PCB. N’hésitez pas à expérimenter et à partager vos réalisations !