基于AT89S52單片機(jī)的舵機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：文中設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的舵機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)通過(guò)定時(shí)中斷產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)來(lái)控制Futaba-S3003舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。文中給出了系統(tǒng)的電路原理圖和程序設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；AT89S52；舵機(jī)

    舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并能夠保持的控制系統(tǒng)。能夠在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡(jiǎn)單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)很容易與之接口。鑒于舵機(jī)廣泛的應(yīng)用，文中設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的舵機(jī)控制系統(tǒng)。

1 Futaba-S3003舵機(jī)
    常見(jiàn)的舵機(jī)廠家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，國(guó)產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等。之所以用Futaba-S3003是因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)是市場(chǎng)上最常見(jiàn)的，也是價(jià)格相對(duì)較便宜的一種。圖1為Futaba-S3003舵機(jī)的實(shí)物圖，圖2為Futaba-S3003舵機(jī)的引線(xiàn)示意圖。

    舵機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)角由周期為20ms的脈沖信號(hào)控制，脈沖信號(hào)的脈寬從0．5ms變化到2．5ms，舵機(jī)輸出軸的角度便隨之從0°線(xiàn)性變化到180°，以幾個(gè)特殊角度說(shuō)明舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)脈沖寬度之間的關(guān)系，如圖3所示。

2 舵機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    要想實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的控制，由舵機(jī)的工作原理可知，只需生成與所需位置角度相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，即脈寬與位置角度相對(duì)應(yīng)的周期為20ms的脈沖信號(hào)。這種信號(hào)很容易由單片機(jī)生成，而且脈寬精度可以達(dá)到1μs，則舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度精度可達(dá)1μs×1 80°／2ms=0．09°。
    舵機(jī)控制系統(tǒng)的proteus仿真原理圖如圖4所示，其中舵機(jī)的連接與圖2所示接法不一致，這是由于proteus軟件對(duì)舵機(jī)各引線(xiàn)的定義與Futaba-S3003不一致，實(shí)際電路的連接應(yīng)該以圖2為準(zhǔn)。

    與單片機(jī)的P1．0腳相連的按鈕控制舵機(jī)角度增加，與P1．1腳相連的按鈕控制舵機(jī)角度減小，與P1．2腳相連的按鈕控制舵機(jī)角度回到初始位置，在本設(shè)計(jì)中使舵機(jī)回到90°的位置。單片機(jī)的P3．7腳產(chǎn)生PWM信號(hào)以控制舵機(jī)，在該點(diǎn)連接示波器，仿真的時(shí)候可以看到PWM信號(hào)隨著按鈕的控制，脈寬增大或者減小或者恢復(fù)到1．5ms脈寬。

3 軟件設(shè)計(jì)
    舵機(jī)控制程序用定時(shí)中斷產(chǎn)生PWM信號(hào)，用查詢(xún)方式對(duì)三個(gè)按鍵做出反應(yīng)。程序流程圖如圖5所示。單片機(jī)的P1．0腳連接的按鈕控制舵機(jī)角度增加，按鈕按下時(shí)，先判斷是否達(dá)到了最大角度180°，如果達(dá)到了180°則重新查詢(xún)各個(gè)按鈕，否則舵機(jī)角度按照程序設(shè)定的幅度增加；單片機(jī)的P1．1腳連接的按鈕控制舵機(jī)角度減小，按鈕按下時(shí)，先判斷是否達(dá)到了最小角度0°，如果達(dá)到了0°則重新查詢(xún)各個(gè)按鈕，否則舵機(jī)角度按照程序設(shè)定的幅度減??；單片機(jī)的P1．2腳連接的按鈕控制舵機(jī)角度回到初始位置，即90°位置。

    控制舵饑關(guān)鍵是要產(chǎn)生與角度相對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)定時(shí)器中斷產(chǎn)生PWM信號(hào)。定置，定義TL02和TH02用于PWM信號(hào)低電平定時(shí)初值設(shè)置。例如，舵機(jī)初始位置設(shè)在90°位置，對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)脈寬為1．5ms，即PWM信號(hào)高電平為1．5ms，低電平為20ms-1．5ms=18．5ms。所以在程序開(kāi)始部分如下設(shè)置：


    程序如此設(shè)置，系統(tǒng)上電后則在P3．7腳產(chǎn)生1．5ms高電平，然后18．5ms低電平，然后不斷重復(fù)，舵機(jī)則保持在90°位置。如果有按鈕被按下，則舵機(jī)按照程序設(shè)置角度增加或者減小，實(shí)質(zhì)上是P3．7腳按照程序設(shè)置產(chǎn)生了脈寬增加或者減小的PWM信號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)
    文中設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的舵機(jī)控制系統(tǒng)，控制方法簡(jiǎn)單方便，而且精度比較高。在此控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在舵機(jī)上安裝受控部件，并增加音樂(lè)播放，可做成有聲有色的玩具。