舵机控制程序.docx

1、舵机控制程序 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。舵机可以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非常容易与之接口。 舵机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可以保持的控制系统。其工作原理是: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。它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与电位器的电压比较,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.舵机的控制信号是

2、PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图1所示。图1 舵机的控制要求单片机实现舵机转角控制 可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz（周期是20ms）的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用.5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV,所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。 也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽

3、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,由于单片机系统是一个数字系统,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，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值,将20ms分为两次中断执行,一次短定时中断和一次长定时中断.这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控

4、制精度都很高。具体的设计过程： 例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms=18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms后发生中断,中断发生后，在中断程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms,再过18ms进入下一次定时中断，再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。 为保证软件在定时中断里采集其他信号，并且使发生PWM信号的程序不影响中断程序的运行（如果这些程序所占用时间过长，有可能会发生中断

5、程序还未结束，下次中断又到来的后果），所以需要将采集信号的函数放在长定时中断过程中执行，也就是说每经过两次中断执行一次这些程序，执行的周期还是20ms。软件流程如图2所示。图2 产生PWM信号的软件流程 如果系统中需要控制几个舵机的准确转动，可以用单片机和计数器进行脉冲计数产生PWM信号。 脉冲计数可以利用51单片机的内部计数器来实现，但是从软件系统的稳定性和程序结构的合理性看,宜使用外部的计数器，还可以提高CPU的工作效率。实验后从精度上考虑，对于FUTABA系列的接收机，当采用1MHz的外部晶振时，其控制电压幅值的变化为0.6mV，而且不会出现误差积累,可以满足控制舵机的要求.最后考虑数字

6、系统的离散误差，经估算误差的范围在0。3%内,所以采用单片机和8253、8254这样的计数器芯片的PWM信号产生电路是可靠的。图3是硬件连接图.图3 PWA信号的计数和输出电路（点击放大）基于8253产生PWM信号的程序主要包括三方面内容：一是定义8253寄存器的地址,二是控制字的写入，三是数据的写入。软件流程如图4所示,具体代码如下。1./关键程序及注释： 2./定时器T0中断,向8253发送控制字和数据 3.voidT0Int（）interrupt1 4. 5.TH0=0xB1； 6.TL0=0xE0;/20ms的时钟基准 7./先写入控制字，再写入计数值 8.SERVO0=0x30;/选

7、择计数器0，写入控制字 9.PWM0=BUF0L；/先写低，后写高 10.PWM0=BUF0H； 11.SERVO1=0x70；/选择计数器1，写入控制字 12.PWM1=BUF1L； 13.PWM1=BUF1H; 14.SERVO2=0xB0;/选择计数器2，写入控制字 15.PWM2=BUF2L; 16.PWM2=BUF2H； 17. 图4 基于8253产生PWA信号的软件流程 当系统的主要工作任务就是控制多舵机的工作，并且使用的舵机工作周期均为20ms时，要求硬件产生的多路PWM波的周期也相同.使用51单片机的内部定时器产生脉冲计数，一般工作正脉冲宽度小于周期的1/8，这样可以在1个周期

8、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设置初值，并设置输出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,设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,设置此中断周期为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(28=16)中断实行关定时中断T0的操作,最后就可以实现8路舵机控制信号的输出。 也可以采用外

9、部计数器进行多路舵机的控制，但是因为常见的8253、8254芯片都只有3个计数器，所以当系统需要产生多路PWM信号时，使用上述方法可以减少电路，降低成本，也可以达到较高的精度。调试时注意到由于程序中脉冲宽度的调整是靠调整定时器的初值，中断程序也被分成了8个状态周期，并且需要严格的周期循环，而且运行其他中断程序代码的时间需要严格把握. 在实际应用中,采用51单片机简单方便地实现了舵机控制需要的PWM信号。对机器人舵机控制的测试表明,舵机控制系统工作稳定，PWM占空比 （0。52.5ms 的正脉冲宽度）和舵机的转角（-9090)线性度较好。如何使用AT89S52编写这样一个程序。 要求,单片机控制

10、舵机,让舵机到中间位置后，左转15度，延迟2ms,右转15度.（度数不要求精确）。舵机为0。52。5ms.晶振12M#includereg52.hunsigned int pwm;unsigned char flag;sbit p10=P10;void timer0（) interrupt 1 using 1 p10=！p10； pwm=20000-pwm; TH0=pwm/256； TL0=pwm256; flag+； if(flag10）flag+; if（flag=10&p10=0)pwm=1250;flag=11;/保证回到90度再左转15； void timer1（） interru

11、pt 3 using 1 ET1=0;/2ms到关闭定时器1 ET0=0; TR0=0; pwm=1750; TH0=pwm/256； TL0=pwm%256; ET0=1; TR0=1； void int0 （void) interrupt 0 using 1 /判断左转到15，通过传感器判断或者其他信号判断 ，能正好保证刚左转15度，开始延时2ms TR1=1；/定时器1开始计数 void main(void) p10=1； TMOD=0x11； pwm=1500；/回90度 TH0=pwm/256; TL0=pwm256； TH1=2000/256； TL1=2000%256; EA=1

12、； ET0=1； ET1=1； TR0=1; while（1）；舵机控制程序8路舵机控制器 芯片：AT89S52晶振：12MHz=*/i ncludeREG52。hdefine uint8 unsigned char#define uint16 unsigned intsbit key1=P14；sbit key2=P15;/PWM的输出端口sbit PWM_OUT0=P00;sbit PWM_OUT1=P01;sbit PWM_OUT2=P02；sbit PWM_OUT3=P03；sbit PWM_OUT4=P04;sbit PWM_OUT5=P05；sbit PWM_OUT6=P06；sb

13、it PWM_OUT7=P07;/PWM的数据值uint16 PWM_Value8=1500，1000,1500，1000，1750，2000，2500，2000；uint8 order1; /定时器扫描序列/= 定时器T0的中断服务程序 一个循环20MS = 82。5ms=/void timer0(void) interrupt 1 using 1switch(order1)case 1： PWM_OUT0=1； TH0=-PWM_Value0/256; TL0=PWM_Value0%256; break；case 2: PWM_OUT0=0； TH0=-（2700-PWM_Value0)/256; TL0=（2700PWM_Value0)%256; break;case 3: PWM_OUT1=1; TH0=PWM_Value1/256； TL0=-PWM_Value1%256; break;case 4: PWM_OUT1=0； TH0=(2700PWM_Value1)/256； TL0=(2700-PWM_Value1）%