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CNC-Shield CNC Shield V3, Módulo de Expansión para Arduino Nano

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Referencia Interna: CNC-Shield-N

Placa de Expansión CNC Shield V4 para Arduino Nano

Módulo controlador compacto de 3 ejes diseñado para grabadoras láser, mini fresadoras y plotters. Compatible con firmware GRBL y drivers A4988/DRV8825.

El CNC Shield V4 es una versión altamente miniaturizada de la popular tarjeta controladora CNC, diseñada específicamente para acoplarse con la placa Arduino Nano. Su arquitectura permite montar hasta tres drivers de motor paso a paso independientes, siendo el cerebro ideal para construir máquinas de escritorio de 3 ejes (X, Y, Z) como grabadoras láser de diodo, trazadores de dibujo (plotters) y mini fresadoras de PCB. Concentra toda la electrónica de potencia y señales lógicas en un bloque extremadamente compacto y libre de soldaduras complejas.

Especificaciones Técnicas

Parámetro ElectrónicoRango / Valor Oficial
Voltaje de Alimentación (Jack DC)7.5 V a 12 V DC (Provee energía a los motores y al Nano)
Voltaje Lógico5 V DC (Generado y regulado por el Arduino Nano)
Soporte de Ejes3 Ejes de movimiento simultáneo (X, Y, Z)
MicrosteppingConfigurable mediante bloques de Jumpers bajo cada driver
Interfaces I/O DedicadasFinales de carrera (Limit Switches), I2C y puerto Serial
Control de HerramientaSalida PWM para Módulo Láser o encendido de Husillo (Spindle)
Parámetro Mecánico / EstructuraRango / Valor Oficial
Compatibilidad de Placa BaseExclusivo para Arduino Nano V3.0 (Zócalo central paralelo)
Drivers SoportadosPololu A4988, DRV8825 (En formato StepStick estándar)
Firmware CompatibleGRBL (Requiere ajuste de mapeo de pines)
Conexión de PotenciaJack DC tipo barril hembra (5.5mm x 2.1mm)
Dimensiones del MóduloAproximadamente 72 mm x 59 mm
Componentes AdicionalesCapacitores de filtrado integrados por cada eje de motor

Ventajas Clave del CNC Shield V4 para Nano

• Ultra Compacto: Al reemplazar el gran Arduino UNO por el diminuto Arduino Nano, esta tarjeta ocupa menos de la mitad del espacio que la versión V3. Es perfecta para integrarla directamente en el chasis de máquinas de grabado láser pequeñas sin que estorbe.

• Gestión de Energía Simplificada: Incorpora un conector Jack DC que energiza las pistas de potencia de los motores y, al mismo tiempo, inyecta energía al pin VIN del Arduino Nano. Una sola fuente de 12V es suficiente para despertar y mover todo el sistema eléctrico.

• Pines Auxiliares Expuestos: Además de los motores, la placa dispone de cabezales extra con los pines I2C (SDA/SCL) y Seriales (TX/RX) descubiertos, facilitando la conexión de pantallas OLED o módulos Bluetooth para controlar la máquina remotamente.

El ensamble físico consiste en insertar el Arduino Nano en las dos tiras centrales de la placa y luego colocar los tres drivers. Es imperativo revisar la serigrafía antes de conectar la energía para no dañar los componentes.

Galería Dinámica de Conexiones de Hardware

Esquema 1: Inserción del Nano en el centro y orientación del pin EN de los drivers
Esquema 3: Disposición de los pines para sensores de límite X, Y, Z
Esquema 2: Mapeo de la bornera de pines de cuatro hilos hacia los motores paso a paso
Esquema 4: Uso del Jack DC principal y acceso a los puertos periféricos SDA/SCL
Guía Esencial de Conexión y Montaje de Hardware: Inserte el Arduino Nano con el puerto USB apuntando hacia el borde exterior de la placa. Al conectar los drivers A4988, el pequeño tornillo (potenciómetro) debe quedar mirando hacia el lado opuesto del conector USB del Nano. La mayoría de estas placas rojas (V4) tienen una peculiaridad de fábrica conocida: **Los pines de Paso (STEP) y Dirección (DIR) están enrutados al revés** en comparación con el estándar GRBL tradicional. Para que el firmware GRBL funcione sin modificar la placa con soldadura, usted deberá descargar una versión de GRBL modificada (GRBL for V4) o editar manualmente el archivo cpu_map.h para intercambiar la asignación de pines.
🎓 El Mapeo de Pines Específico de la Versión V4

Si planeas programar esta placa sin usar GRBL (con tu propio código de Arduino) o estás intentando diagnosticar si los motores funcionan, debes conocer su ruteo de hardware interno específico:

  • Activación (Enable): Al igual que la versión V3, todos los drivers comparten el pin de habilitación global conectado al Pin 8 del Arduino Nano. (LOW = Activado, HIGH = Apagado).
  • Pines Invertidos (Hardware Quirks): En la versión V3 (UNO), los pines de Paso son 2, 3, 4 y los de Dirección 5, 6, 7. En esta placa roja V4, las pistas del circuito están cruzadas físicamente de fábrica: El Eje X usa el Pin 5 para Pasos y Pin 2 para Dirección. El Eje Y usa el Pin 6 (Paso) y Pin 3 (Dir). El Eje Z usa el Pin 7 (Paso) y Pin 4 (Dir).
  • Precaución con el Microstepping: En muchos lotes de esta placa roja, los jumpers de microstepping (bajo los drivers) están cortocircuitados a GND en lugar de a 5V. Si insertas jumpers, el driver seguirá en modo de "Paso Completo" (Full Step). Para activar subdivisiones reales, a menudo se requiere hacer un puente fino de soldadura a 5V en la parte trasera de la tarjeta.
// Código de Prueba Directa para CNC Shield V4 (Placa Roja) // Respeta el ruteo de hardware invertido de fábrica (Step y Dir cruzados) #include <Arduino.h> // Asignación estricta de pines para la placa V4 #define EN_PIN 8 // Habilitación general de motores #define X_STEP 5 // Ojo: En la V3 este era el 2 #define X_DIR 2 // Ojo: En la V3 este era el 5 #define Y_STEP 6 #define Y_DIR 3 #define Z_STEP 7 #define Z_DIR 4 void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(EN_PIN, OUTPUT); pinMode(X_STEP, OUTPUT); pinMode(X_DIR, OUTPUT); pinMode(Y_STEP, OUTPUT); pinMode(Y_DIR, OUTPUT); pinMode(Z_STEP, OUTPUT); pinMode(Z_DIR, OUTPUT); // Encendemos los drivers digitalWrite(EN_PIN, LOW); Serial.println("--- Test CNC Shield V4 Iniciado ---"); delay(1500); } void loop() { Serial.println("Moviendo Eje X..."); moverMotor(X_STEP, X_DIR, HIGH, 200, 1000); delay(500); Serial.println("Moviendo Eje Y..."); moverMotor(Y_STEP, Y_DIR, HIGH, 200, 1000); delay(500); Serial.println("Moviendo Eje Z..."); moverMotor(Z_STEP, Z_DIR, HIGH, 200, 1000); delay(1500); Serial.println("Retorno de ejes..."); moverMotor(X_STEP, X_DIR, LOW, 200, 800); moverMotor(Y_STEP, Y_DIR, LOW, 200, 800); moverMotor(Z_STEP, Z_DIR, LOW, 200, 800); delay(3000); } // Función impulsora de pasos void moverMotor(int pinStep, int pinDir, boolean dir, int pasos, int pausaUs) { digitalWrite(pinDir, dir); for(int i = 0; i < pasos; i++) { digitalWrite(pinStep, HIGH); delayMicroseconds(pausaUs); digitalWrite(pinStep, LOW); delayMicroseconds(pausaUs); } }
1. Instalé el GRBL original pero mis motores solo vibran y no giran, ¿qué pasa?
Este es el problema más famoso del Shield V4. El firmware GRBL original espera recibir la señal de Paso (Step) en el pin 2, pero esta placa física lo tiene cableado al pin 5. Al intentar mover la máquina, el GRBL envía miles de pulsos rápidos al pin de Dirección (pin 2), causando que el motor tiemble sin girar. Para solucionarlo, debe buscar en internet una librería llamada "GRBL compatible con Shield V4" o abrir el archivo "cpu_map.h" del código GRBL antes de subirlo y cambiar los valores de `X_STEP_BIT` y `X_DIRECTION_BIT` para intercambiarlos.
2. ¿Por qué esta tarjeta solo tiene 3 espacios para drivers si la versión V3 tiene 4?
La reducción a 3 ejes se hizo por razones de espacio físico en el diseño del PCB al rodear el Arduino Nano. Esta placa V4 fue creada pensando principalmente en grabadoras láser y plotters de dibujo (que solo necesitan moverse en X e Y) o pequeñas fresadoras básicas (X, Y, Z). Si usted necesita construir una máquina grande con dos motores sincronizados en el Eje Y (Pórtico), esta tarjeta no le servirá y deberá adquirir la versión V3 para Arduino UNO.
3. ¿Puedo conectar la energía desde el puerto USB del Arduino Nano?
**No para los motores.** El puerto USB de su computadora y el cable del Arduino Nano solo proporcionan 5 Voltios lógicos, útiles para que el microprocesador y el programa funcionen. Los motores paso a paso NEMA 17 requieren potencias de 12V a altas corrientes. Es estrictamente obligatorio conectar un adaptador de corriente externa de 12V al Jack negro de la placa Shield para que el sistema motriz cobre vida.
4. Pongo los jumpers de microstepping, pero el motor sigue girando brusco.
Ese es el segundo error de fábrica conocido en muchas unidades de la placa roja V4. Las pistas de los pines bajo los drivers están unidas al plano de Tierra (GND) en lugar de VCC (5V). Insertar el puente plástico no hace nada porque solo conecta GND con GND. La solución técnica es raspar sutilmente las pistas inferiores del PCB y soldar un pequeño alambre desde el pin VCC hacia la base de los jumpers para otorgarles los 5V necesarios que activarán las subdivisiones del A4988.
▶ Video demostrativo 📄 Hoja de Datos