单片机原理与应用技术-定时器/计数器初值及舵机控制程序

如上所述，舵机的控制是通过改变周期脉冲的占空比实现的，因此，利用单片机的定时器/计数器的定时溢出功能产生脉冲波即可精确控制舵机。下面通过两个实例介绍舵机的软件设计思路。

1.控制舵机转动到任意指定角度

此种方式是舵机控制的最基本操作。只要根据指定角度所对应的脉冲占空比，计算出定时器/计数器的定时常数，就能产生相应的脉冲波。设角度为α（取值范围是0°～180°），可以得到周期脉冲高电平延时时长t_h和脉冲低电平延时时长t_l，见表达式（8-1）和式（8-2）：

t_h=0.5ms+α/180°×2ms （8-1）

t_l=20ms-t_h （8-2）

再根据3.1.2节的方法计算定时器/计数器在工作模式1的预置初值X_h和X_l。其中晶振频率f_OSC=12MHz，机器周期T=1μs，预置初值X_h可以通过表达式（8-3）计算：

（2¹⁶-X_h）×1μs=t_h （8-3）

代入t_h的表达式（8-1），并统一用微秒表示，得：

X_h=2¹⁶-500+α/180°×2000≈FE0CH-α×11 （8-4）

X_l=2¹⁶-20000-X_h=1B1E0H-X_h （8-5）

舵机转动到指定角度的控制函数流程图见图8-28，用C语言实现。软件设计思路为：构造函数Servo_Rotate_to_Angle（角度值），输入角度值为0°～180°之间任一指定角度，代入上述关系式计算高电平、低电平的定时预置值，调用舵机动作函数Servo_Action（）执行相应操作，具体流程如图8-28a所示。在舵机动作函数Servo_Action（）中，定时器/计数器装载高电平的定时时间预置值，启动定时器/计数器并在舵机I/O端口置1，等待定时器溢出标志置位并将其清零；舵机I/O口产生低电平的定时时间预置值方法与之类似，具体流程图如图8-28b所示。

图8-28 舵机转动到指定角度的控制函数流程图

2.在0°～180°转动范围内控制舵机转动速度

上例所述方法是控制舵机使其转动至某个指定的角度位置，这种方法受控的舵机在其最高转动速度（舵机标称的转动速度）下运行，但现实情况中往往需要调节舵机的转速来适应具体任务的需求。

基于舵机转动角度与周期脉冲的高电平宽度有着一对一的关系，假设舵机的摆臂要从角度β转动到角度γ，则两者角度差θ为：

θ=|β-γ| （8-6）

引入变量Δθ作为每周期的角度增量，k代表周期脉冲个数的整数，则有：(www.xing528.com)

θ=kΔθ （8-7）

因此，当Δθ↑，舵机在下一周期到达的角度↑，转速↑，需要输入的脉冲个数↓；反之，当Δθ↓，舵机在下一周期到达的角度↓，转速↓，需要输入的脉冲个数↑。

本例中的受控舵机从0°旋转至180°，由输入速度参数调整舵机的转动速度。程序设计的关键在于把角度增量Δθ转化为定时器/计数器预置值增量。设s为速度参数，相应修改高电平、低电平预置值，得到与第n个周期的关系为：

其中n与s的乘积不大于2000（对应角度值180°）。构造函数Servo_Horizontal_Rotation（速度增量），设置变量time（取值范围0≤time≤2000），每次循环中都根据上述关系计算高电平、低电平的定时器/计数器预置值，并传递至舵机动作函数执行相关操作，在0°～180°按不同速度转动的控制函数流程图见图8-29。

3.主程序流程

主程序结合了上述舵机两种运转方式，软件流程构思为：首先按照例1的方式将舵机以标准速度（快速）从初始角度转至56°，延时1s，再转至112°，接着以标准速度（快速）回转到0°；然后按照例2的方式，以速度3（慢速）从0°转至180°，延时1s，接着以标准速度（快速）回转到0°；最后以速度9（中速）从0°转至180°，程序完成。舵机多方式运转的主程序流程图见图8-30。

图8-29 在0°～180°按不同速度转动的控制函数流程图

图8-30 舵机多方式运转的主程序流程图

4.C语言源程序