单片机伺服控制应用：实现舵机和伺服驱动

引言

伺服控制是一种常见的控制应用，广泛应用于机器人、航空航天和工业自动化等领域。这篇博客将介绍单片机伺服控制的基本原理，并且介绍如何使用单片机实现舵机和伺服驱动。

伺服控制的基本原理

伺服控制是一种闭环控制系统，其目的是实现对被控对象的精确控制。典型的伺服控制系统包括三个主要组成部分：传感器、控制器和执行器。传感器用于测量被控对象的状态，控制器根据传感器的反馈信息进行计算并生成控制信号，执行器接收控制信号并对被控对象施加控制。

在单片机伺服控制应用中，单片机充当控制器的角色。通常情况下，我们使用PWM（脉冲宽度调制）信号来控制舵机和伺服驱动器。PWM信号的占空比决定了执行器的位置或速度。

舵机控制

舵机是一种常见的执行器，主要用于控制机械臂、车辆模型等的运动。舵机通常具有一个可调节的角度范围，通过给舵机发送特定的PWM信号来控制它的运动。

要使用单片机控制舵机，我们首先需要了解舵机的工作原理和控制方式。舵机有三个引脚：电源引脚（一般为红色）、地线引脚（一般为黑色）和控制引脚（一般为白色或黄色）。我们将电源引脚连接到电源，地线引脚连接到地线，而控制引脚则与单片机的IO口相连。

在单片机中，我们通过设置IO口的输出状态和PWM信号来控制舵机的位置。具体步骤如下：

1. 配置IO口为输出模式。
2. 设置PWM信号的频率和占空比。
3. 在主循环中不断更新PWM信号的占空比，从而改变舵机的位置。

以下是一个示例代码片段，演示如何实现舵机控制：

#include <STM32F10x.h>

#define SERVO_PIN GPIO_Pin_0
#define SERVO_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA

void servo_init() {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(SERVO_RCC, ENABLE);
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = SERVO_PIN;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 19999;
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 1439;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
  TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
  TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);
  TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

void servo_control(uint16_t angle) {
  TIM_SetCompare2(TIM3, angle);
}

int main() {
  servo_init();
  while (1) {
    servo_control(1500); // 设置舵机到中间位置
    // 延时一段时间
    servo_control(2500); // 设置舵机到最大角度位置
    // 延时一段时间
    servo_control(500); // 设置舵机到最小角度位置
    // 延时一段时间
  }
}

伺服驱动控制

伺服驱动是一种用于控制高精度运动的执行器，它通常由伺服电机和驱动器组成。伺服电机通过内部的编码器可以提供位置和速度的反馈信号，驱动器则根据反馈信号和控制信号控制电机的运动。

在单片机伺服控制应用中，我们可以通过PWM信号控制驱动器，从而控制电机的位置和速度。

以下是一个示例代码片段，演示如何实现伺服驱动控制：

#include <stm32f10x.h>

#define SERVO_DRIVE_PIN GPIO_Pin_0
#define SERVO_DRIVE_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA

void servo_drive_init() {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(SERVO_DRIVE_RCC, ENABLE);
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = SERVO_DRIVE_PIN;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct;
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 19999;
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 1439;
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
  TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;
  TIM_SetCompare3(TIM3, 0);
  TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStruct);
  TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
}

void servo_drive_control(uint16_t speed) {
  TIM_SetCompare3(TIM3, speed);
}

int main() {
  servo_drive_init();
  while (1) {
    servo_drive_control(500); // 设置伺服驱动器速度为500
    // 延时一段时间
    servo_drive_control(1500); // 设置伺服驱动器速度为1500
    // 延时一段时间
    servo_drive_control(2500); // 设置伺服驱动器速度为2500
    // 延时一段时间
  }
}

总结

在本篇博客中，我们介绍了单片机伺服控制的基本原理，并且提供了实现舵机和伺服驱动控制的示例代码。单片机伺服控制应用可以广泛应用于各种控制系统中，具有精准控制和高性能的特点。希望本篇博客对读者能够有所帮助，并且能够启发更多有关单片机伺服控制的创新应用。

本文来自极简博客，作者：心灵之旅，转载请注明原文链接：单片机伺服控制应用：实现舵机和伺服驱动