舵機的控制方式

舵機的種類有很多，下面我所展示的是非常常見的SG90舵機（下面簡稱“舵機”），也是我們這次實驗室考核所使用的舵機。

篇幅有限，這里只簡單介紹了SG90舵機，想深入研究的同學可以自己去查閱資料。

我們先來了解一下SG90舵機

SG90舵機有三根線：GND、VCC和信號線：

GND（負極）和VCC（正極）都是電源線，可以接在開發板相同標識的排針或與開發板相同的電源上，注意GND要與單片機共地（接在同一個負極上）。

信號線接在單片機的IO口上，我們使用IO口輸出PWM來控制舵機。

在對舵機進行控制時，像控制LED燈直接對信號線輸出1和0是不能夠正常控制的，要使用PWM進行控制：

↑不正確的控制方法，可能是醬紫的

↑使用PWM控制，能隨意改變角度

那么下面我們進入正題：使用PWM對舵機進行控制。

舵機能在其旋轉范圍內（0°~180°）旋轉至任意角度，但注意，這不是指能夠連續轉圈圈，而是像一把量角器，假設設置了30°，那么舵機就會旋轉至30°的位置并停下，而不是在原來的位置疊加上30°。

舵機的旋轉角度是通過PWM的占空比來調節的，PWM的周期一般為20ms，它們的關系如下表所示：

可以發現，要舵機停在0°的位置并不能將IO口直接置0，180°也不能直接置1。

示例程序

舵機的控制程序其實和LED亮度調節、呼吸燈的程序基本一致，都是使用PWM控制，只不過占空比有范圍而已。

下面的程序是在我之前發的PWM的程序上稍作修改得到的，PWM部分就不再解釋了，只解釋舵機的控制部分。

#include < reg52.h >


#define PWM_T 200                     //產生中斷的時間，因為是24MHz，200即100微妙（0.1毫秒）


int PWM_count0 = 0;                    //進入中斷的次數
int PWM_count1 = 0;                    //與上面的類似，用于計數
int PWM_F = 0;                        //一個用于計時的標志，作用類似定時器的TF0、TF1


sbit servo = P2^0;                    //舵機信號線所連接的IO口


void PWM_Start()                      //PWM初始化函數，打開了定時器0
{
  EA = 1;
  ET0 = 1;
  TMOD |= 0x01;
  TR0 = 1;


  TH0 = (65536-PWM_T)/256;
  TL0 = (65536-PWM_T)%256;
}


int PWM(int PWM_value)                //控制PWM輸出的子函數
{
  if(PWM_count0 <= PWM_value)
  {
    return 1;
  }
  else
  {
    return 0;
  }
}


void main()
{
  PWM_Start();                        //PWM開始運行


  while(1)
  {
    while(1)
    {
      servo = PWM(5);                  //旋轉至0°
      if(PWM_F == 1)                  //判斷標志是否為1，是則代表著過了1秒
      {
        PWM_F = 0;                    //將標志歸零
        break;                        //過了1秒，退出循環
      }
    }


    while(1)
    {
      servo = PWM(10);                //旋轉至45°
      if(PWM_F == 1)
      {
        PWM_F = 0;
        break;
      }
    }


    while(1)
    {
      servo = PWM(15);                //旋轉至90°
      if(PWM_F == 1)
      {
        PWM_F = 0;
        break;
      }
    }


    while(1)
    {
      servo = PWM(20);                //旋轉至135°
      if(PWM_F == 1)
      {
        PWM_F = 0;
        break;
      }
    }


    while(1)
    {
      servo = PWM(25);                //旋轉至180°
      if(PWM_F == 1)
      {
        PWM_F = 0;
        break;
      }
    }
  }
}


void Timer0() interrupt 1
{
  TH0 = (65536-PWM_T)/256;
  TL0 = (65536-PWM_T)%256;


  PWM_count0++;


  if(PWM_count0 == 200)                //過了20ms，完成了一個PWM周期
  {
    PWM_count0 = 0;                    //清零，重新開始計數
    PWM_count1++;
    if(PWM_count1 == 50)              //PWM_count0清零了50次，也就是說過了20ms*50=1000ms=1s
    {
      PWM_count1 = 0;                  //清零，重新開始計數
      PWM_F = 1;                      //標志置1，說明已經過了2s
    }
  }
}

我在程序中并沒有使用軟件延時（delay()函數），這在PWM那篇文章中也說過了，軟件延時期間無法改變IO口的高低電平輸出，PWM也就失效了。

我的做法是設置一個標志PWM_F（也可以直接判斷PWM_count1的值），當達到設定的時間就退出循環，否則就回到循環進行PWM輸出。

如果你覺得這樣做比較麻煩，也可以調用另一個定時器來計時，不過定時器的數量是有限的（51只有兩個，52、STC15F2K60S2有三個）。

在寫PWM的程序時，可以參考我上面的做法，每0.1ms進入一次中斷，進入200次（20ms）就完成一次PWM中斷，對應著舵機所要求的PWM周期長度，控制起來也會方便很多。

另外，頭文件建議使用與單片機型號所匹配的，上面例程中包含reg52.h是為了有較高的兼容性，但這樣就有一些資源無法調用。例如STC15F2K60S2，P4引腳（如P47）只有在包含STC15F2K60S2.h時才能被調用。

假如你的舵機不能正常運行，可能是下面的原因：

1.單片機晶振或定時器沒有設置正確，例如上面例程對應的是24MHz的頻率，下載時選擇了默認的11.0592MHz；
2.電源供電不足，可以使用充電寶供電試試。

總結

學會PWM后，舵機的控制其實非常容易，稍作一下改動就行。對舵機感興趣的同學可以去了解一下其他類型的舵機，使用PWM控制的只是其中一種。