舵机原理应用和程序详解

www.txmcu.com 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 舵机原理应用程序详解 1、舵机实物图片 图 1 普通航模用舵机 图 2 微型舵机 2、舵机介绍 舵机英文叫 Servo，也称伺服机。其特点是结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力、 成本较低等。舵机的主要性能取决于最大力矩和工作速度(一般是以秒/60°为单位)。它是一 种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。在机器人机电 控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机能够在微机电系统和航模中作为基 本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统很容易与之接口。 3、舵机的工作原理 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的舵机有 3 条引线，分别是：电源线 Vcc、地线 GND 和控制信号线，如图 3 所示。 地线 GND 电源线 Vcc 控制信号线 输出转轴 图 3 标准舵机引线示意图 在航模遥控系统中，控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。 他内部有一个基准电路，产生周期为 20ms，宽度为 1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置 电压和电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定 电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为 0， 电机停止转动。其实我们可以不用去了解它内部的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。 就象我们使用三极管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体 怎么流动是可以完全不用去考虑的。舵机的控制信号也是 PWM 信号，利用占空比的变化改 变舵机的位置。图 4 为舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系，其脉冲宽度在 0.5～2.5ms 之间变化时,舵机输出轴转角在 0°～180°之间变化。 www.txmcu.com 1 www.txmcu.com www.txmcu.com 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 输入信号脉冲宽度（周期为 20ms） 0.5ms 0 度 舵机输出轴转角 1ms 45 度 1.5ms 90 度 135 度 2.5ms 2ms 180 度 图 4 舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系 4、用单片机实现舵机转角控制 单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的 PWM 周期信号，即产生 20ms 的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机调节 PWM 信号 的占空比。 单片机作为舵机的控制部分，能使 PWM 信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高 舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为 PWM 信号输出到舵机，由于 单片机系统是个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整 个系统工作可靠。 单片机控制单个舵机是比较简单的，利用一个定时器即可，假设仅控制舵机 5 个角度转 动，其控制思路如下：只利用一个定时器 T0，定时时间为 0.5ms，定义一个角度标识，数值 可以为 1、2、3、4、5，实现 0.5ms、1ms、1.5ms、2ms、2.5ms 高电平的输出，再定义一个 变量，数值最大为 40，实现周期为 20ms。每次进入定时中断，判断此时的角度标识，进行 相应的操作。比如此时为 5，则进入的前 5 次中断期间，信号输出为高电平，即为 2.5ms 的 高电平。剩下的 35 次中断期间，信号输出为低电平，即为 17.5ms 的低电平。这样总的时间 是 20ms，为一个周期。 当用单片机系统控制多个舵机工作时，可以参考下以方法：以驱动 8 路舵机为例，假设 使用的舵机工作周期均为 20ms 时，那么用单片机定时器产生的多路 PWM 波的周期也相同。 使用单片机的内部定时器产生脉冲计数，一般来说，舵机工作正脉冲宽度小于周期的 1/8， 这样能够在 1 个周期内分时启动各路 PWM 波的上升沿，再利用定时器中断 T0 确定各路 PWM 波的输出宽度，定时器中断 T1 控制 20ms 的基准时间。第 1 次定时器中断 T0 按 20ms 的 1/8 配置初值，并配置输出 I/O 口，第 1 次 T0 定时中断响应后，将当前输出 I/O 口对应 的引脚输出置高电平，配置该路输出正脉冲宽度，并启动第 2 次定时器中断，输出 I/O 口指 向下一个输出口。第 2 次定时器定时时间结束后，将当前输出引脚置低电平，配置此中断周 www.txmcu.com 2 www.txmcu.com www.txmcu.com 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 期为 20ms 的 1/8 减去正脉冲的时间，此路 PWM 信号在该周期中输出完毕，往复输出。在 每次循环的第 16 次(2×8=16)中断实行关定时中断 T0 的操作，最后就能够实现 8 路舵机控制 信号的输出。 5、舵机与单片机连接原理图 在用单片机驱动舵机之前，要先确定相应舵机的功率，然后选择足够功率的电源为舵 机供电，控制端无需大电流，直接用单片机的I/O口就可操作，扩展板上舵机信号线接单片 机的P1.7，舵机与单片机连接原理图如图5所示。 EA/VP31 XIN19 XOUT18 RESET9 RD17 WR16 INT012 INT113 T014 T115 P101 P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 VCC 40 GND 20 U1 89C51 5V 5V 1 2 3 JP1 舵机 5V 图5 舵机和单片机连接原理图 图6 本实验使用的舵机 本实验中使用的舵机参数如下:工作电压：4.8V～6V；电流：10 mA（静态）；力矩： 3kg/cm；外型尺寸：41×42×20 mm；重量：48g；转速:0.22ms/60°。 6、舵机C语言程序实例 www.txmcu.com 3 www.txmcu.com www.txmcu.com 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 图8 程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 实验说明：开机时舵机角度自动转为0度，通过实验板上的独立按键调节舵机的角度转 动,并且在实验板上数码管上显示出相应的角度，本实验仅演示5个角度的控制,若想实验任 意角度控制请大家自行编程实验。 #include "reg52.h" unsigned char count; //0.5ms次数标识 sbit pwm =P1^7 ; //PWM信号输出 sbit jia =P3^7; //角度增加按键检测IO口 sbit jan =P3^6; //角度减少按键检测IO口 unsigned char jd; //角度标识 sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; void delay(unsigned char i)//延时 { unsigned char j,k; for(j=i;j>0;j--) for(k=125;k>0;k--); } void Time0_Init() //定时器初始化 { TMOD = 0x01; //定时器0工作在方式1 IE= 0x82; www.txmcu.com 4 www.txmcu.com www.txmcu.com 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 www.txmcu.com 5 www.txmcu.com TH0= 0xfe; TL0= 0x33; //11.0592MZ晶振，0.5ms TR0=1; //定时器开始 } void Time0_Int() interrupt 1 //中断程序 { TH0 = 0xfe; //重新赋值 TL0 = 0x33; if(count