单片机的PWM舵机控制

引言

舵机是一种常见的电动机械装置，用于精确控制角度位置。在很多嵌入式系统中，单片机常用来控制舵机的角度。本文将介绍单片机的PWM舵机控制和舵机驱动电路设计的基本知识和实践经验。

PWM舵机控制原理

PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制是一种通过控制脉冲的高电平时间来模拟模拟信号的一种调制技术。舵机的角度控制通常通过发送特定脉冲宽度的PWM信号来实现。

舵机通常有一个控制端（通常标记为信号），一个供电端（VCC），和一个地端（GND）。控制端通过接收PWM信号的脉冲宽度，驱动马达转动到对应的角度。

PWM信号的频率通常在20Hz至50Hz之间。脉冲高电平时间（脉冲宽度）通常在0.5ms至2.5ms之间，对应舵机的角度范围。

单片机生成PWM信号

在单片机中，一般通过定时器/计数器模块来生成PWM信号。具体的步骤如下：

1. 配置定时器/计数器模块的工作模式和频率，使其计数值周期性地从0计数到设定值，并在计数值达到设置的比较值时产生中断。
2. 设置比较值以产生所需脉冲周期的PWM信号。比较值可以通过计算得出，也可以通过查表或试错法得到。
3. 在中断函数中，设置控制端口的输出电平，包括脉冲高电平的时间和低电平的时间。

舵机驱动电路设计

为了更好地控制舵机，通常需要设计一个舵机驱动电路。一个简单的舵机驱动电路包括了电源供应电路和信号级移电路。

电源供应电路可以通过稳压芯片或稳压二极管来实现。舵机的工作电压通常在4.8V至6V之间，所以电源供应电路应提供稳定的5V电压。

信号级移电路用于将单片机输出的PWM信号电平转换为舵机所需的电平。这可以通过NPN晶体管和稳压二极管来实现。当单片机输出高电平时，晶体管导通，信号引脚与VCC之间的电压差距很小。当单片机输出低电平时，晶体管关断，稳压二极管将信号引脚与地连接起来。

实例

以下是一个典型的单片机驱动舵机的电路和代码示例：

#include <reg51.h>

sbit servoPin = P2^0;  // 控制端口

// 初始化定时器
void init_timer() {
    TMOD |= 0x01;  // 设置为16位定时/计数器模式
    TH0 = 0x00;  // 设置高8位计数器初始值
    TL0 = 0x00;  // 设置低8位计数器初始值
    ET0 = 1;  // 允许定时器0中断
    TR0 = 1;  // 启动定时器0
    EA = 1;  // 允许所有中断
}

// 定时器中断函数
void timer_isr() interrupt 1 {
    servoPin = 1;  // 设置高电平
    TH0 = 0x00;  // 重新设置定时器初始值
    TL0 = 0x00;
}

// 延时函数
void delay(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for(i=0; i<ms; i++) {
        for(j=0; j<123; j++);
    }
}

// 舵机角度控制函数
void set_angle(unsigned char angle) {
    unsigned int time = 1000 + (angle * 10);  // 根据舵机的转动范围调整比例系数
    servoPin = 0;  // 设置低电平
    delay(2);  // 延时2ms
    delay(time);  // 延时time ms
}

void main() {
    init_timer();
    while(1) {
        set_angle(0);  // 设置舵机初始角度
        delay(1000);  // 延时1秒
        set_angle(90);  // 设置舵机90度角度
        delay(1000);
        set_angle(180);  // 设置舵机180度角度
        delay(1000);
    }
}

结论

本文介绍了单片机的PWM舵机控制原理和舵机驱动电路设计。通过使用PWM信号和简单的电路设计，我们可以精确控制舵机的角度。这对于许多嵌入式系统中的机械装置是至关重要的，例如机器人、无人机和自动化设备。

希望本文对你理解单片机的PWM舵机控制和舵机驱动电路设计有所帮助。如果你有任何问题或疑惑，请随时评论提问。

本文来自极简博客，作者：蔷薇花开，转载请注明原文链接：单片机的PWM舵机控制