1、 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 标准的舵机有 3 条引线，分别是：电源
2、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
3、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 0.52.5ms之间变化时,舵机输出轴转角在 0180之间变化。 1 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
4、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 0.5m
5、s、 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
6、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 2 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
7、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(28=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/VP31XIN19XOUT18RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P
8、0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U1 89C515V5V123JP1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：4.8V6V；电流：10 mA（静态）；力矩：3kg/cm；外型尺寸：414220 mm；重量：48g；转速:0.22ms/60。 6、舵机C语言程序实例 3 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 图8 程序流程图 实验说明：开机时舵机角度自动转为0度
9、，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 =P17 ; /PWM信号输出 sbit jia =P37; /角度增加按键检测IO 口 sbit jan =P36; /角度减少按键检测IO 口 unsigned char jd; /角度标识 sbit dula=P26; sbit wela=P27; unsigned char code table=0x3f,0x06,
10、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;j0;j-) for(k=125;k0;k-); void Time0_Init() /定时器初始化 TMOD = 0x01; /定时器0工作在方式1 IE= 0x82; 4 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 5 TH0= 0xfe; TL0= 0x33; /11.0592MZ晶振，0.5ms TR0=1; /定时器开始
11、void Time0_Int() interrupt 1 /中断程序 TH0 = 0xfe; /重新赋值 TL0 = 0x33; if(countjd) /判断0.5ms 次数是否小于角度标识 pwm=1; /确实小于，PWM输出高电平 else pwm=0; /大于则输出低电平 count=(count+1); /0.5ms次数加1 count=count%40; /次数始终保持为40 即保持周期为20ms void keyscan() /按键扫描 if(jia=0) /角度增加按键是否按下 delay(10); /按下延时，消抖 if(jia=0) /确实按下 jd+; /角度标识加1 c
12、ount=0; /按键按下 则20ms 周期从新开始 if(jd=6) jd=5; /已经是 180度，则保持 while(jia=0); /等待按键放开 if(jan=0) /角度减小按键是否按下 delay(10); if(jan=0) jd-; /角度标识减1 count=0; if(jd=0) jd=1; /已经是0度，则保持 while(jan=0); void display() /数码管显示函数 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 6 unsigned char bai,shi,ge; switch(jd) /根据角度标识显示相应的数值 case 1: /为1，角度为
13、0，前3个数码管显示000 bai=0; shi=0; ge=0; break; case 2: bai=0; shi=4; ge=5; break; case 3: bai=0; shi=9; ge=0; break; case 4: bai=1; shi=3; ge=5; break; case 5: /为5，角度为 180，前3个数码管显示180 bai=1; shi=8; ge=0; break; dula=0; P0=tablebai; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0xfe; wela=1; wela=0; delay(5); P0=tableshi; dula=1; dula=0; P0=0xfd; wela=1; wela=0; 舵机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 7 delay(5); P0=tablege; dula=1; dula=0; P0=0xfb; wela=1; wela=0; delay(5); void main() jd=1; count=0; Time0_Init(); while(1) keyscan(); /按键扫描 display();
