GraftSense-I2C 总线单极性步进电机驱动模块（MicroPython）
GraftSense-I2C 总线单极性步进电机驱动模块（MicroPython）
GraftSense I2C 总线单极性步进电机驱动模块
目录
简介
本项目是 FreakStudio GraftSense I2C 总线单极性步进电机驱动模块 的 MicroPython 驱动库，基于 PCA9685 芯片与 ULN2003 驱动阵列实现，支持对五线四相单极性步进电机（如 28BYJ-48）的灵活控制。模块通过 I2C 接口与主控通信，可广泛应用于电子 DIY 电机控制实验、机器人运动演示等场景。
主要功能
- 支持 最多 4 个步进电机独立控制，兼容标准 I2C 通信协议
- 提供 单相驱动、双相驱动、半步驱动 三种驱动模式，满足不同精度与扭矩需求
- 支持 连续运动 和 定步运动 两种控制模式，可实现正反转、速度与步距可控
- 内置定时器驱动，支持平滑的步进控制，避免失步问题
- 通道独立控制，每个电机对应 4 路 PWM 输出，可灵活配置驱动参数
- 支持多模块级联，通过地址选择引脚（A0~A3）配置 I2C 地址，满足多电机协同驱动场景
硬件要求
- 主控板：支持 MicroPython 的开发板（如 Raspberry Pi Pico、ESP32 等）
- 驱动模块：GraftSense I2C 总线单极性步进电机驱动模块（基于 PCA9685 + ULN2003）
- 步进电机：五线四相单极性步进电机（如 28BYJ-48、35BYJ46 等）
- 供电：5V 外部电源（通过模块 VIN 接口输入，I2C 接口电源与电机电源分离）
- 通信引脚：I2C 总线（SDA、SCL），模块支持双 I2C 通信接口，兼容 Grove 接口标准
文件说明
| 文件名 | 功能描述 |
|---|---|
bus_step_motor.py |
核心驱动类，封装步进电机控制逻辑，支持多种驱动模式与运动模式 |
main.py |
示例程序，演示步进电机初始化、连续运动、定步运动及停止流程 |
pca9685.py |
PCA9685 芯片底层驱动，实现 I2C 通信、频率设置、占空比控制等基础功能 |
软件设计核心思想
- 分层封装：将 PCA9685 的底层 PWM 操作与步进电机控制逻辑分离，降低耦合度，提升可维护性。
- 模式抽象：通过驱动模式（单相/双相/半步）和运动模式（连续/定步）的抽象，统一控制接口，屏蔽底层实现差异。
- 定时器驱动：使用硬件定时器实现步进脉冲输出，确保运动平滑性，避免阻塞式控制。
- 安全机制：内置参数合法性检查与异常处理，防止非法操作导致硬件损坏。
- 可扩展性：支持最多 4 个电机独立控制，通过 I2C 地址级联实现多模块扩展。
使用说明
1. 导入模块
2. 初始化 I2C 与 PCA9685
3. 创建步进电机控制器
4. 连续运动控制
5. 定步运动控制
示例程序
以下为 main.py 中的核心演示代码：
import time
from machine import Pin, I2C
from pca9685 import PCA9685
from bus_step_motor import BusStepMotor
# 初始化I2C
i2c = I2C(id=0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)
devices = i2c.scan()
addr = devices[0]
pca9685 = PCA9685(i2c, addr)
# 创建步进电机控制器
bus_step_motor = BusStepMotor(pca9685, 4)
# 演示连续运动
print("Start continuous motion...")
bus_step_motor.start_continuous_motion(1, BusStepMotor.FORWARD, BusStepMotor.DRIVER_MODE_SINGLE, 10)
time.sleep(10)
bus_step_motor.stop_continuous_motion(1)
print("Continuous motion stopped.")
# 演示定步运动
print("Start step motion...")
bus_step_motor.start_step_motion(1, BusStepMotor.FORWARD, BusStepMotor.DRIVER_MODE_SINGLE, 100, 1000)
# 等待运动完成（或主动调用stop_step_motion）
time.sleep(10)
bus_step_motor.stop_step_motion(1)
print("Step motion stopped.")
注意事项
- 供电安全：模块 I2C 接口电源与电机电源分离，电机需通过 VIN 接口接入 5V 外部电源，避免直接从主控板取电导致过载。
- I2C 地址：通过模块上的 A0/A1/A2/A3 引脚配置地址，避免与其他 I2C 设备冲突，支持多模块级联。
-
驱动模式选择：
-
单相驱动：功耗低、扭矩小，适合低负载场景
- 双相驱动：扭矩大、运行平稳，是最常用的模式
- 半步驱动：分辨率高、运动更精细，适合高精度定位
- 速度限制：步进电机转速受负载与供电影响，过高速度可能导致失步，建议在稳定负载下测试最佳速度。
- 版本兼容：本库基于 MicroPython v1.23 开发，低版本可能存在兼容性问题。
联系方式
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📧 邮箱：liqinghsui@freakstudio.cn
💻 GitHub：https://github.com/FreakStudioCN
许可协议
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