51单片机实现舵机控制

1.舵机的定义

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。舵机实物如图9.42所示。

图9.42　舵机实物

舵机是一种位置（角度）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。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型、潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。

2.用单片机实现舵机转角控制

舵机的工作原理是：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。其内部有一个基准电路，产生周期为20 ms、脉宽为1.5 ms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上决定电机的正反转。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。舵机接线图如图9.43所示。其中红色的线就是电源正极，白色或者橙色线是信号级，黑色或者棕色的线是负极电源。

舵机的控制信号是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9.44所示。

图9.43　舵机接线图

图9.44　舵机的控制要求

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20 ms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。

舵机控制一般需要一个20 ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5～2.5 ms范围的角度控制脉冲部分。以180°角度伺服为例，那么对应的控制关系如下：

0.5 ms--------------0°；(www.xing528.com)

1.0 ms--------------45°；

1.5 ms--------------90°；

2.0 ms--------------135°；

2.5 ms--------------180°。

说明：

（1）上面部分还是成线形关系的，Y=90X-45（X单位是ms，Y单位是度数）。

（2）上面所说的0°、45°等是指度，45°位置是什么意思呢？若舵机停在0°位置，下载45°位置程序后则舵机停在45°，即顺时针走了45°，若当时舵机在135°位置，则反转90°到45°位置。所以舵机不存在正转反转问题，这点非常重要。

（3）若想转动到45°位置，要一直产生1.0 ms的高电平［PA0=1；Delay（1 ms）；PA0=0；Delay（20 ms）］，要不停地产生这个高低电平，产生PWM脉冲。

【例9.3】按键控制舵机电路原理图如图9.45所示。编写程序：通过按键控制舵机的左转和右转，舵机工作周期为20 ms。

图9.45　按键控制舵机电路原理图

C语言源程序如下：