梁婷

摘 要： 本文闡述了STC15F系列單片機(jī)產(chǎn)生雙路可調(diào)占空比的PWM信號(hào)同時(shí)控制兩只舵機(jī)的設(shè)計(jì)原理，同時(shí)詳解了水平方位及垂直仰角方向舵機(jī)調(diào)節(jié)的程序設(shè)計(jì)，文中給出了PWM信號(hào)控制舵機(jī)角度精度的推算及編程實(shí)現(xiàn)，合理巧妙的利用單片機(jī)有限的資源，對(duì)于舵機(jī)角度控制的應(yīng)用場(chǎng)景有較大的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī);PWM信號(hào)控制舵機(jī);偏轉(zhuǎn)角度設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TM33 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.33.145

1 舵機(jī)PWM信號(hào)與控制精度制定

1.1 PWM 信號(hào)的定義

PWM 信號(hào)為脈寬調(diào)制信號(hào)，其特點(diǎn)在于他的上升沿與下降沿之間的時(shí)間寬度，具體的時(shí)間寬窄協(xié)議參考圖1，給出了舵機(jī)一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定的PWM控制舵機(jī)的信號(hào)波形圖。

1.2 PWM信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)到指定角度

舵機(jī)的角度是由控制信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間決定的，這叫做脈沖編碼調(diào)制（PCM）。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍，總間隔為2ms。脈沖的寬度將決定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離。例如：1.5毫秒的脈沖，電機(jī)將轉(zhuǎn)向90度的位置（通常稱為中立位置，對(duì)于180°舵機(jī)來(lái)說(shuō)，就是90°位置）。如果脈沖寬度小于1.5毫秒，那么電機(jī)軸向朝向0度方向。如果脈沖寬度大于1.5毫秒，軸向就朝向180度方向。以180度舵機(jī)為例，對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：0.5ms對(duì)應(yīng)0度、1.0ms對(duì)應(yīng)45度、1.5ms對(duì)應(yīng)90度、2.0ms對(duì)應(yīng)135度、2.5ms對(duì)應(yīng)180度;

1.3 PWM信號(hào)控制精度制定

假設(shè)用12MHZ的晶體振蕩器作為時(shí)鐘，單片機(jī)定時(shí)計(jì)時(shí)器的最小時(shí)間單元為 1uS。那么 0.5mS-2.5ms的寬度為 2mS = 2000uS。舵機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng) 180 度，那么理論控制精度為180度÷2000=0.09 度。

8位單片機(jī)其數(shù)據(jù)分辨率為256，那么經(jīng)過(guò)舵機(jī)極限參數(shù)實(shí)驗(yàn)，得到應(yīng)該將其劃分為 250 份。那么 0.5mS---2.5ms的寬度為 2mS = 2000uS。2000uS÷250=8uS，則PWM的控制精度為8us。我們可以以 8uS 為單位遞增控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與定位。舵機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng) 180度，那么180 度÷250=0.72 度，則舵機(jī)的控制精度為 0.72度.

編程實(shí)踐時(shí)，一個(gè)完整的PWM信號(hào)的周期20mS，設(shè)定20mS的調(diào)節(jié)占空比從0%至100%的調(diào)節(jié)值為從0至500。那么從0.5mS至2.5ms的調(diào)節(jié)值為從12.5至62.5，取程序計(jì)算數(shù)據(jù)的類型為整數(shù)類型，則180度÷50=3.6度。舵機(jī)的控制精度為 3.6度.

2 單片機(jī)兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器單元輸出雙路PWM信號(hào)的的程序設(shè)計(jì)

本文采用的是8位STC15F2K60S2測(cè)試設(shè)計(jì)程序。設(shè)定周期為20mS的PWM的信號(hào)調(diào)節(jié)占空比從0%至100%的調(diào)節(jié)值為從0至500的設(shè)計(jì)程序參考，其中選用11.0592MHZ的晶體振蕩器作為時(shí)鐘，與12MHZ的晶體振蕩器作為時(shí)鐘相比的有少許差異，但對(duì)控制精度的影響不大。增強(qiáng)型的8位單片機(jī)stc15F系列的單片機(jī)內(nèi)部自帶PWM信號(hào)發(fā)生器的有一些不可預(yù)知的跳變現(xiàn)象，會(huì)引起舵機(jī)的突然大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)，在這里我們?cè)O(shè)定定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1，在中斷中斷服務(wù)子函數(shù)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)I/0口引腳持續(xù)穩(wěn)定的PWM信號(hào)輸出。圖2給出定時(shí)計(jì)數(shù)器T1控制的第二路PWM程序參考。

兩路獨(dú)立的子函數(shù)程序 ConfigPWM1，ConfigPWM2，分設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1，中斷服務(wù)子函數(shù)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)I/0口引腳持續(xù)穩(wěn)定的雙路PWM信號(hào)輸出，相互獨(dú)立，互不干擾?？刂苾陕范鏅C(jī)，較好的完成控制水平方位及垂直仰角方向的調(diào)節(jié)，控制效果較為理想。

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