AVR单片机对舵机的精确控制.pdf

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单片机制作MCU24本文介绍AVR单片机内部AD及对舵机的精确控制，将一个10k的电位器作为控制器，通过AVR单片机（Atmega16）采集电位器输出的模拟量实现舵机角度的精确调节。

一、Atmega16简介AVR单片机是美国ATMEL公司生产的增强RISC、内载Flash的高性能8位单片机,其中ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。

具有16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

它执行速度快,有良好的性能价格比,因而得到越来越广泛的应用。

二、舵机简介舵机英文叫Servo，也称伺服电机。

其特点是结构紧凑、易于安装调试、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度为单位），适用于那些需要角度不断变化并保持的控制系统。

舵机通常采用脉宽调制信号（PWM）控制，既给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。

其控制信号的周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，如图1所示其中脉冲宽度从0.52.5ms，相对应舵盘的位置为0180角，呈线性变化。

作者/赵田AVR单片机对舵机的精确控制图1舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系三、硬件连接Atmega16最小系统见图2所示，在此我们采用Atmega16的PA0（ADC0）口作为控制器的输入端连接电位器中间一脚，电位器两边引脚分别接电源VCC和GND。

旋转电位器便可输出连续变化的电压，此时通过Atmega16内部10位精度的AD实时采样，将输入的模拟量进行转化，进而调节PWM的输出占空比。

舵机共有三根输入线，分别是电源线VCC、地线GND和控制信号线（见图3）。

在这里我们采用Atmega16的16位定时器/计数器实现PWM信号的精确输出。

输入正脉冲宽度（周期为20ms）0.5ms-90-45459001.0ms1.5ms2.0ms2.5ms伺服电机输出臂位置单片机制作MCU252011.05四、AD采样程序分析在这里采用Atmega16片内2.56V的基准电压，0通道输入连续转换模式。

在默认条件下，逐次逼近电路需要一个从50kHz到200kHz的输入时钟以获得最大精度，ADC模块包括一个预分频器，它可以由任何超过100kHz的CPU时钟来产生可接受的ADC时钟，在此我们选用8M晶振64分频。

ADC通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个10位的数字量，存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中，我们只要读取这个数字量并转换成所需整型即可，具体过程由以下程序完成。

图2Atmega16最小系统图3舵机及AD输入12345678910123456789101234567891012345678910123456784039383736353433222324252627282913579246810108642975313231301415161718192021913X2R21KX13k3k3kR3R4R512D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7PB0（T0）PB1（T1）PB2（AIN0）PB3（AIN1）PB4（SS）PB5（MOS1）PB6（MIS0）PB7（SCK）PD0（RXD）PD1（TXD）PD2（INT0）PD3（INT1）PD4（0C1B）PD5（0C1A）PD6（ICP）PD7（TOSC2）RESTX1X2RXDTXDINT0INT1PD4PD5PD6PD7PA0（ADC0）PA1（ADC1）PA2（ADC2）PA3（ADC3）PA4（ADC4）PA5（ADC5）PA6（ADC6）PA7（ADC7）APC0APC1LEDLKSECLKBITLK18820BEEPCSLSBSCLSDATCKTMSTD0TD1PC6PC7PC0（SCL）PC1（SDA）PC2（TCK）PC3（TMS）PC4（TD0）PC5（TDI）PC6（T0SC1）PC7（T0SC2）VCCVCCVCCVCCVCCAREFGNDAVCCVCCU1J1J3J4PAPCJ2PHPDVCCVCCVCCD5D6D7RESETTD1TMSTD0TCKVCCVCCVCCVCCR8RESETRESET22PF22PF8MH2Y110kC1C2C3RESETX1X2JP1JP2RESETRXDTXDINT0INT1PD4PD5PD6PD7J2PD5VCCDJADC0123VCCR110k单片机制作MCU26voidADC_init（void）/AD初始化子函数ADCSRA=0xE4;/ADC使能；ADC开始转换；连续转换;64分频ADCSRA|=（1ADEN）|（1ADSC）|（1ADATE）|（1ADPS2）|（1ADPS1）;可采用ADC中断ADMUX=0xC0;/内部2.56V参考电压；输入通道为PD0；输出结果右对齐uintADC_convert（void）/模数转换子函数uinttemp1,temp2;temp1=（uint）ADCL;temp2=（uint）ADCH;/取得模数转换值temp2=（temp28）+temp1;return（temp2）;uintConv（uinti）/数据转换子函数longx;uinty;x=（5000*（long）i）/1024;/将变量i转换成需要现实的形式1024份=2的10次方（低8位高两位）y=（uint）x;/x强制转换成整型returny;五、舵机控制程序分析在此部分我们使用相位与频率修正PWM模式（简称相频修正PWM模式）可以产生高精度的、相位与频率都准确的PWM波形。

我们通过AD采样得出的1500连续变化的整数来控制输出周期为20ms，脉宽为0.52.5ms的脉冲，进而控制舵机由-9090角的连续变化。

voidPwm_init（void）DDRA|=（110）adc_val=ADC_convert（）;dis_val=Conv（adc_val）;AD_val=dis_val/10;cnt=0;delay（1000）;Pwm_vary（）;END