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使用單片機的PWM信號實現(xiàn)舵機控制的詳細資料說明

2019-09-09 | doc | 0.13 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

  在機器人機電控制系統(tǒng)中,舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構,其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容易與之接口

  舵機是一種位置伺服的驅動器,適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是:控制信號由接收機的通道進入信號調制芯片,獲得直流偏置電壓。它內部有一個基準電路,產生周期為20ms,寬度為1.5ms的基準信號,將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較,獲得電壓差輸出。最后,電壓差的正負輸出到電機驅動芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時,通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉,使得電壓差為0,電機停止轉動。

  舵機的控制信號是PWM信號,利用占空比的變化改變舵機的位置。一般舵機的控制要求如圖1所示。

  單片機實現(xiàn)舵機轉角控制

  可以使用FPGA模擬電路、單片機來產生舵機的控制信號,但FPGA成本高且電路復雜。對于脈寬調制信號的脈寬變換,常用的一種方法是采用調制信號獲取有源濾波后的直流電壓,但是需要50Hz(周期是20ms)的信號,這對運放器件的選擇有較高要求,從電路體積和功耗考慮也不易采用。5mV以上的控制電壓的變化就會引起舵機的抖動,對于機載的測控系統(tǒng)而言,電源和其他器件的信號噪聲都遠大于5mV,所以濾波電路的精度難以達到舵機的控制精度要求。

  也可以用單片機作為舵機的控制單元,使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化,從而提高舵機的轉角精度。單片機完成控制算法,再將計算結果轉化為PWM信號輸出到舵機,由于單片機系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng),其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù),所以受外界干擾較小,整個系統(tǒng)工作可靠。

  單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉角的控制,必須首先完成兩個任務:首先是產生基本的PWM周期信號,本設計是產生20ms的周期信號;其次是脈寬的調整,即單片機模擬PWM信號的輸出,并且調整占空比。

  當系統(tǒng)中只需要實現(xiàn)一個舵機的控制,采用的控制方式是改變單片機的一個定時器中斷的初值,將20ms分為兩次中斷執(zhí)行,一次短定時中斷和一次長定時中斷。這樣既節(jié)省了硬件電路,也減少了軟件開銷,控制系統(tǒng)工作效率和控制精度都很高。

  單片機實現(xiàn)舵機轉角控制

  可以使用FPGA、模擬電路、單片機來產生舵機的控制信號,但FPGA成本高且電路復雜。對于脈寬調制信號的脈寬變換,常用的一種方法是采用調制信號獲取有源濾波后的直流電壓,但是需要50Hz(周期是20ms)的信號,這對運放器件的選擇有較高要求,從電路體積和功耗考慮也不易采用。5mV以上的控制電壓的變化就會引起舵機的抖動,對于機載的測控系統(tǒng)而言,電源和其他器件的信號噪聲都遠大于5mV,所以濾波電路的精度難以達到舵機的控制精度要求。

  也可以用單片機作為舵機的控制單元,使PWM信號的脈沖寬度實現(xiàn)微秒級的變化,從而提高舵機的轉角精度。單片機完成控制算法,再將計算結果轉化為PWM信號輸出到舵機,由于單片機系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng),其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù),所以受外界干擾較小,整個系統(tǒng)工作可靠。

  單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉角的控制,必須首先完成兩個任務:首先是產生基本的PWM周期信號,本設計是產生20ms的周期信號;其次是脈寬的調整,即單片機模擬PWM信號的輸出,并且調整占空比。

  當系統(tǒng)中只需要實現(xiàn)一個舵機的控制,采用的控制方式是改變單片機的一個定時器中斷的初值,將20ms分為兩次中斷執(zhí)行,一次短定時中斷和一次長定時中斷。這樣既節(jié)省了硬件電路,也減少了軟件開銷,控制系統(tǒng)工作效率和控制精度都很高。

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