舵机控制程序.docx
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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3PWA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.void T0Int（） interrupt 1
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（2×8=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。
5～2.5ms的正脉冲宽度）和舵机的转角（-90°～90°）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。
5~2。
5ms.
晶振12M
#include〈reg52.h>
unsignedintpwm;
unsignedcharflag;
sbitp10=P1^0;
voidtimer0（）interrupt1using1
｛
p10=！
p10；
pwm=20000-pwm;
TH0=pwm/256；
TL0=pwm％256;
flag++；
if（flag<10）flag++;
if（flag==10&＆p10==0）｛pwm=1250;flag=11;}//保证回到90度再左转15；
}
voidtimer1（）interrupt3using1
{
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；
}
voidint0（void）interrupt0using1
｛
//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
}
voidmain（void）
{
p10=1；
TMOD=0x11；
pwm=1500；//回90度
TH0=pwm/256;
TL0=pwm％256；
TH1=2000/256；
TL1=2000%256;
EA=1；
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
===================================================================================*/
＃include〈REG52。
h〉
＃defineuint8 unsignedchar
#defineuint16unsignedint
sbitkey1=P1^4；
sbitkey2=P1^5;
//PWM的输出端口
sbitPWM_OUT0=P0^0;
sbitPWM_OUT1=P0^1;
sbitPWM_OUT2=P0^2；
sbitPWM_OUT3=P0^3；
sbitPWM_OUT4=P0^4;
sbitPWM_OUT5=P0^5；
sbitPWM_OUT6=P0^6；
sbitPWM_OUT7=P0^7;
//PWM的数据值
uint16PWM_Value［8］={1500，1000,1500，1000，1750，2000，2500，2000｝；
uint8order1; //定时器扫描序列
/＊===================================================================================
定时器T0的中断服务程序
一个循环20MS =8＊2。
5ms
=====================================================================================＊/
voidtimer0（void）interrupt1using1
｛
switch（order1）
｛
case1：
PWM_OUT0=1；
TH0=-PWM_Value[0]/256;
TL0=—PWM_Value[0]%256;
break；
case2:
PWM_OUT0=0；
TH0=-（2700-PWM_Value［0］）/256;
TL0=—（2700—PWM_Value［0]）%256;
break;
case3:
PWM_OUT1=1;
TH0=—PWM_Value［1］/256；
TL0=-PWM_Value[1］%256;
break;
case4:
PWM_OUT1=0；
TH0=—（2700—PWM_Value[1］）/256；
TL0=—（2700-PWM_Value[1]）%256；
break;
case5:
PWM_OUT2=1;
TH0=—PWM_Value[2]/256；
TL0=-PWM_Value［2]%256;
break；
case6：
PWM_OUT2=0;
TH0=—（2700-PWM_Value［2］）/256;
TL0=—（2700—PWM_Value[2]）%256;
break;
case7：
PWM_OUT3=1;
TH0=—PWM_Value［3]/256；
TL0=—PWM_Value[3］％256;
break;
case8：
PWM_OUT3=0;
TH0=—（2700—PWM_Value［3］）/256;
TL0=-（2700—PWM_Value［3]）％256；
break；
case9:
PWM_OUT4=1；
TH0=-PWM_Value[4]/256;
TL0=—PWM_Value[4]％256；
break;
case10:
PWM_OUT4=0;
TH0=—（2700-PWM_Value[4］）/256；
TL0=-（2700—PWM_Value[4］）%256；
break;
case11:
PWM_OUT5=1;
TH0=-PWM_Value［5］/256;
TL0=—PWM_Value［5]％256；
break;
case12：
PWM_OUT5=0;
TH0=—（2700-PWM_Value[5]）/256;
TL0=-（2700—PWM_Value[5］）%256;
break;
case13：
PWM_OUT6=1；
TH0=—PWM_Value［6]/256；
TL0=—PWM_Value[6]%256;
break;
case14:
PWM_OUT6=0;
TH0=-（2700-PWM_Value[6]）/256；
TL0=-（2700-PWM_Value[6]）％256；
break；
case15:
PWM_OUT7=1；
TH0=—PWM_Value［7］/256；
TL0=—PWM_Value［7］％256；
break；
case16:
PWM_OUT7=0;
order1=0;
TH0=—（2700-PWM_Value［7]）/256；
TL0=-（2700-PWM_Value[7］）％256;
order1=0；
break;
default:
order1=0;
｝
order1++；
｝
/*===================================================================================
初始化中断
=====================================================================================*/
voidInitPWM（void）
{
order1=1；
TMOD｜=0x11；
TH0=-1500/256;
TL0=-1500%256；
EA=1；
EX0=0；
ET0=1;TR0=1；PT0=1;PX0=0；
｝
voiddelay（void）
{
uint16i=100;
while（i--）；
}
voidmain（void）
{
InitPWM（）；
while
（1）
{
if（key1==0）
{
if（PWM_Value[0］<2500）
PWM_Value[0］++；
｝
if（key2==0）
｛
if（PWM_Value［0]>500）
PWM_Value[0］-—；
｝
delay（）；
}
｝
单片机舵机控制程序
#include
＃defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uinta，b，c，d,n；
sbitp12=P1^2;
sbitp13=P1^3；
sbitp37=P3^7;
voidtimer0（void）interrupt1using1
{p12=!
p12;
c=20000-c；
TH0=-（c/256）;
TL0=-（c%256）;
if（c>=500＆&c<=2500）
c=a;
else
c=20000-a；
}
voiddelay（）
｛
uinti；
for（i=0；i<200;i++）
{
}
｝
voidinit_serialcomm（void）
｛
SCON =0x50; //SCON：
serailmode1,8—bitUART,enableucvr
TMOD｜=0x21; //TMOD:
timer1,mode2,8-bitreload
PCON|=0x80； //SMOD=1；
TH1 =0xF4; //Baud:
4800 fosc=11。
0592MHz
IE |=0x93; //EnableSerialInterrupt
TR1 =1； //timer1run
//TI=1；
｝
voidserial（）interrupt4using3
｛
if（RI）
{
RI=0；
b=SBUF;
SBUF=0xff；
while（TI==0）；
TI=0;
}
｝
voidmain（void）
｛//TMOD=0x21;
init_serialcomm（）;
p12=1；
a=1500;
c=a;
TH0=-（a/256）;
TL0=—（a%256）；
PX0=0；PT0=1;
TR0=1；
while
（1）
{
a=b＊10；
｝
｝
舵机控制程序（改变a值可控制任意角度）
＃includeh〉
#include〈math.h>
#defineucharunsignedchar
＃defineuintunsignedint
uinta，c;
sbitp10=P1^0;
sbitp11=P1^1;
voidtimer0（void）interrupt1
｛p10=！
p10;
p11=！
p11;
c=20000—c;
TH0=-（c/256）;
TL0=—（c％256）;
if（c〉=500&＆c〈=2500）
c=a；
else
c=20000—a;
｝
voiddelay（longj）
{
for（j；j〉0；j—-）；
}
voidmain（void）
{
p10=1；
p11=1；
a=2500;//180//
c=a；
TMOD=0x01;//16位定时器工作方式1
TH0=—（a/256）;
TL0=-（a％256）；
EA=1；
ET0=1;
TR0=1；
for（a=2500;a〉=500;a--）
｛
a=a-10;
c=a；
delay（5000）；
}
｝
基于AT89C2051的多路舵机控制器设计（2007—11—1011:
37）
摘要 舵机是机器人、机电系统和航模的重要执行机构.舵机控制器为舵机提供必要的能源和控制信号。
本文提出一种以外部中断计数为基础的PWM波形实现方法.该方法具有简单方便，成本低，可实现多路独立PWM输出的优点。
关键词AT89（：
205l舵机控制器外部中断PWM
舵机是一种位置伺服的驱动器.它接收一定的控制信号，输出一定的角度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。
1舵机的工作原理
以日本FUTABA—S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
舵机的工作原理是：
PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA66881。
的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出.该输出送人电机驱动集成电路BA6686，以驱动电机正反转。
当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器R。
，旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
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。
2舵机的控制方法
标准的舵机有3条导线,分别是:
电源线、地线、控制线，如图2所示。
电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。
注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20ms（即频率为50Hz）。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比.某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
3舵机控制器的设计
（1）舵机控制器硬件电路设计
从上述舵机转角的控制方法可看出，舵机的控制信号实质是一个可嗣宽度的方波信号（PWM）。
该方波信号可由FPGA、模拟电路或单片机来产生.采用FPGA成本较高，用模拟电路来实现则电路较复杂，不适合作多路输出。
一般采用单片机作舵机的控制器.目前采用单片机做舵机控制器的方案比较多，可以利用单片机的定时器中断实现PWM.该方案将20ms的周期信号分为两次定时中断来完成：
一次定时实现高电平定时Th；一次定时实现低电平定时T1.Th、T1的时间值随脉冲宽度的变换而变化，但，Th+T1=20ms。
该方法的优点是，PWM信号完全由单片机内部定时器的中断来实现，不需要添加外围硬件。
缺点是一个周期中的PWM信号要分两次中断来完成，两次中断的定时值计算较麻烦；为了满足20ms的周期，单片机晶振的频率要降低；不能实现多路输出.也可以采用单片机+8253计数器的实现方案。
该方案由单片机产生计数脉冲（或外部电路产生计数脉冲）提供给8253进行计数，由单片机给出8253的计数比较值来改变输出脉宽.该方案的优点是可以实现多
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