調試了幾天的舵機今天終于可以受我控制了，把學習到得知識和大家分享一下。對遇到的問題期待和大家一起討論。
下面和大家分享一下有關舵機的資料(資料來源于天祥電子)。
1、舵機實物圖片
2、舵機介紹
舵機英文叫Servo，也稱伺服機。其特點是結構緊湊、易安裝調試、控制簡單、大扭力、成本較低等。舵機的主要性能取決于最大力矩和工作速度(一般是以秒 /60°為單位)。它是一種位置伺服的驅動器，適用于那些需要角度不斷變化并能夠保持的控制系統(tǒng)。在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機能夠在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構，其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)很容易與之接口。
3、舵機的工作原理
標準的舵機有3條引線，分別是：電源線Vcc、地線GND和控制信號線，如圖3所示。
圖3 標準舵機引線示意圖
在航模遙控系統(tǒng)中，控制信號由接收機的通道進入信號調制芯片，獲得直流偏置電壓。他內部有一個基準電路，產生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓和電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動。其實我們可以不用去了解它內部的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就象我們使用三極管一樣，知道可以拿它來做開關管或放大管就行了，至于管內的電子具體怎么流動是可以完全不用去考慮的。舵機的控制信號也是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。圖4為舵機輸出轉角與輸入信號脈沖寬度的關系，其脈沖寬度在0.5～2.5ms之間變化時,舵機輸出軸轉角在0°～180°之間變化。
圖4 舵機輸出轉角與輸入信號脈沖寬度的關系
4、用單片機實現(xiàn)舵機轉角控制
單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉角的控制，必須首先完成兩個任務：首先是產生基本的PWM周期信號，即產生20ms的周期信號;其次是脈寬的調整，即單片機調節(jié)PWM信號的占空比。
單片機作為舵機的控制部分，能使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化，從而提高舵機的轉角精度。單片機完成控制算法，再將計算結果轉化為PWM信號輸出到舵機，由于單片機系統(tǒng)是個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù)，所以受外界干擾較小，整個系統(tǒng)工作可靠。
單片機控制單個舵機是比較簡單的，利用一個定時器即可，假設僅控制舵機5個角度轉動，其控制思路如下：只利用一個定時器T0，定時時間為0.5ms，定義一個角度標識，數(shù)值可以為1、2、3、4、5，實現(xiàn)0.5ms、1ms、1.5ms、2ms、2.5ms高電平的輸出，再定義一個變量，數(shù)值最大為40，實現(xiàn)周期為20ms。每次進入定時中斷，判斷此時的角度標識，進行相應的操作。比如此時為5，則進入的前5次中斷期間，信號輸出為高電平，即為2.5ms的高電平。剩下的35次中斷期間，信號輸出為低電平，即為17.5ms的低電平。這樣總的時間是20ms，為一個周期。
當用單片機系統(tǒng)控制多個舵機工作時，可以參考下以方法：以驅動8路舵機為例，假設使用的舵機工作周期均為20ms時，那么用單片機定時器產生的多路PWM波的周期也相同。使用單片機的內部定時器產生脈沖計數(shù)，一般來說，舵機工作正脈沖寬度小于周期的1/8，這樣能夠在1個周期內分時啟動各路PWM波的上升沿，再利用定時器中斷T0確定各路PWM波的輸出寬度，定時器中斷T1控制20ms的基準時間。第1次定時器中斷T0按20ms的1/8配置初值，并配置輸出I/O口，第1次T0定時中斷響應后，將當前輸出I/O口對應的引腳輸出置高電平，配置該路輸出正脈沖寬度，并啟動第2次定時器中斷，輸出I/O口指向下一個輸出口。第2次定時器定時時間結束后，將當前輸出引腳置低電平，配置此中斷周期為20ms的1/8減去正脈沖的時間，此路PWM信號在該周期中輸出完畢，往復輸出。在每次循環(huán)的第16次(2×8=16)中斷實行關定時中斷T0的操作，最后就能夠實現(xiàn)8路舵機控制信號的輸出。
5、舵機與單片機連接原理圖
在用單片機驅動舵機之前，要先確定相應舵機的功率，然后選擇足夠功率的電源為舵機供電，控制端無需大電流，直接用單片機的I/O口就可操作，擴展板上舵機信號線接單片機的P1.7，舵機與單片機連接原理圖如圖5所示。
圖5 舵機和單片機連接原理圖
根據我的調試經驗，選擇足夠功率的電源為舵機供電是非常重要的，開始時我用單片機學習板調試，用示波器觀察了輸出地波形、占空比和脈寬都和資料里提到的完全一樣，但是舵機轉動的就是不正常，有的時候吱吱的轉不動，有時候只是轉向一邊，怎么也不轉回來。個人覺得，所有問題的根源都在電源上，如果舵機供電正常，應該沒有什么問題。
以下是我測試舵機的C語言代碼，參考至網絡。
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uint j,a,num=2;
uchar pro;
uchar tab[]={10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,28,28,
25,24,30,30,30,20,19,18,17,16,15,14,13,12,11,10};
sbit PWM=P1^0; //舵機pwm//
sbit key1=P1^6;
sbit key2=P1^7;
void init()
{
TMOD=0x01;
EA=1;
TR0=1;
TH0 = 0xff;
TL0 = 0xce;
ET0=1;
}
void delay_us(uint x)
{
do {
x--;
}
while(x>1);
}
void delay_ms(uint x)
{
while(x!=0)
{
delay_us(500);
x--;
}
}
void dj(uint m) //舵機控制
{
pro=m;
}
void main()
{
init();
while(1)
{
// baidong();
if(key1==0)
{
delay_ms(5);
if(key1==0)
{
while(!key1);
num++;
if(num==6)
num=1;
}
}
if(key2==0)
{
delay_ms(5);
if(key2==0)
{
while(!key2);
num--;
if(num==0)
num=6;
}
}
if(num==1)
{
for(a=0;a<10;a++)
{
dj(tab[0]);
}
}
if(num==2)
{
for(a=0;a<10;a++)
{
dj(tab[6]);
}
}
if(num==3) //
{
for(a=0;a<10;a++)
{
dj(tab[9]);
}
}
if(num==4)
{
for(a=0;a<10;a++)
{
dj(tab[12]);
}
}
if(num==5)
{
for(a=0;a<10;a++)
{
dj(tab[15]);
}
}
}
}
void timer0() interrupt 1//定時0.1ms
{
TH0=0xff;
TL0=0xce;
j++;
if(j<=pro)
{
PWM=1;
}
else
{
PWM=0;
}
if(j==400) //周期20ms
{
j=0;
PWM=~PWM;
}
}
希望大家看了本文后能有些小收獲。
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