利用单片机PWM信号进行舵机控制

利用单片机PWM信号进行舵机控制 基于单片机的舵机控制方法具有简单、精度高、成本低、体积小的特点,并可根据不同的舵机数量加以灵活应用。 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。 舵机控制是机器人和微型电子系统中的关键技术，尤其在单片机系统中，利用PWM（脉冲宽度调制）信号进行舵机控制具有显著优势。PWM信号通过改变占空比来调整电机转速或舵机角度，从而实现精确的位置控制。 舵机是一种位置伺服驱动器，适用于需要连续变化角度并能保持的控制系统。它的工作原理是，控制信号进入信号调制芯片，与内部基准电路产生的20毫秒周期、1.5毫秒宽度的基准信号对比，形成电压差。电压差决定了电机的正反转。当电机转动并通过级联减速齿轮带动电位器旋转，直至电压差为零，电机停止，此时舵机停留在特定角度。 单片机控制舵机的优势在于其简单、精度高、低成本和小巧的体积。它可以灵活适应不同数量的舵机控制需求。在机器人机电控制系统中，舵机的控制性能直接影响整体系统的性能。 实现单片机控制舵机，通常涉及以下步骤： 1. 生成PWM周期信号：首先需要生成20毫秒的周期信号，这通常通过单片机的定时器中断实现。 2. 调整脉宽：通过改变定时器中断的初值，调整脉冲宽度以改变占空比，进而控制舵机转角。例如，若要使舵机转向左极限，正脉冲设为2毫秒，负脉冲设为18毫秒，通过高电平和低电平的切换，模拟PWM信号输出。 软件设计时，为了保证中断服务程序的实时性，可以将采集其他信号的任务放在长定时中断中执行，每20毫秒执行一次。如果需要控制多个舵机，可以使用单片机和计数器进行脉冲计数，以产生多个独立的PWM信号。 在硬件电路设计中，可以使用外部计数器如8253或8254与单片机配合，提高CPU效率和系统精度。8253等计数器芯片可以设定计数值，通过控制字和数据写入，生成所需的PWM信号。这种方法在实际应用中，如FUTABA系列接收机，可以实现0.6mV的电压控制精度，误差范围在±0.3%以内，确保了舵机控制的可靠性。 通过单片机和PWM技术，可以实现高效、精确的舵机控制，广泛应用于机器人、航模等领域的角度控制。