基于51單片機控制多路舵機的方法

昝鷺鷥+張晗+冀向陽

摘要：在現在的時代下，機電一體化是發展的必然趨勢。現在很多的項目已經不再是純機械結構了，要求要有電控。加上電控的設備可以節省人力，讓機器自己運行起來。就連現在簡單的加工機床都要求要有一定的自動化。隨著這科技的發展，電控的方式越來越多。

在做機電一體化設備的時候，談起電控部分，首先進入眼簾的就是使用單片機配上傳感器做成一個開環或是閉環控制系統。單片機在傳感器的感知下，驅動著動力源元件運轉，進而帶動整個機器運動，完成預期的動作。這里面的動力源元件一般有步進電機，伺服電機，舵機，直流減速電機等，舵機是最常用的元件之一。對于一個復雜的工程項目，例如仿生機械臂，仿生機器人等項目一般需要多個舵機。那么對于主控板是51板的電控系統，為了節省資源，常常用一片51單片機控制多個舵機運動。

關鍵詞：51單片機；多路舵機；

正文：

對于用一片51單片機來控制多路舵機運動，往往是一個讓程序員頭疼的問提。因為舵機可以轉動一個相對精準的角度，要是想讓舵機轉動的非常靈敏，那么就會帶來一系列的問題、用51單片機控制舵機轉動的原理是利用定時器中斷產生一個周期為20ms的PWM波。我們通過控制這個PWM波中高電平所占的時間長短使舵機轉動相應的角度。理論上講，允許高電平時間變化的越精細就會使舵機轉動的越精準。一般想到的方法就是讓定時器產生中斷的時間越短，通過在定時器中斷中產生PWM波來驅動舵機轉動。這樣的想法在一些簡單的工程中應用時可以的。這里面提到的簡單的工程是指舵機的數目少，一般為一路或兩路舵機。但是這樣也不能使舵機轉動的角度非常靈敏。倘若使用這個想法使舵機轉動的非常精準，就要使定時器的定時非常短，也就是說51單片機會頻繁的響應定時器中斷，這樣會帶來很多的問題。問題一就是倘若這個工程要求要有串口通訊，那么平凡的響應定時器中斷會影響在串口通信中所設定的波特率，（這個與pwm波與波特率所用的定時器中斷的優先級有關，如果pwm波采用定時器0中斷，波特率采用定時器1中斷，因為在51單片機的中斷源中，定時器0中斷比定時器1中斷的優先級高，當51單片機頻繁響應定時器0中斷時，會影響波特率的值，這樣串口通訊就會產生一些錯誤，如在串口通訊中接收到的數據和發送的數據不一致，那么就會導致串口通訊失去作用。反之，會使pwm波高電平時間發生變化，影響舵機旋轉的精度），對于控制多路舵機的工程這種簡單的想法就會帶來更大的問題。也就是說如何用一片51單片機來控制多路舵機是一個關鍵的問題。雖然現在出現了多路舵機控制板，但是它的價格隨著舵機路數的增加，價格在成倍數增長。而且一般要比51單片機最小系統貴很多。對于用51單片機控制多路舵機的方法我門組提出了一個有效的思想，并且該思想已經在實踐中得到了驗證。

我們的想法是舵機的pwm波周期是20ms，對于180度舵機其轉角所對應的高電平時間是0-2.5ms，如果系統中需要控制幾個舵機的準確轉動，可以用單片機和計數器進行脈沖計數產生P W M 信號。脈沖計數可以利用51 單片機的內部計數器來實現，由于時間及專業限制，我們暫時使用這種方法。當系統的主要工作任務就是控制多個舵機的工作，并且使用的舵機工作周期均為20ms 時。要求硬件產生的多路P W M 波的周期也相同。使用51單片機的內部定時器產生脈沖計數。一般工作正脈沖寬度小于周期的1/8。這樣可以在1個周期內分時啟動各路P W M 波的上升沿。再利用定時器中斷T0 確定各路PWM 波的輸出寬度。定時器中斷T1 控制20ms 的基準時間。第1 次定時器中斷T0 按20ms 的1/8（由于數比較好算，所以用1/8） 設置初值，并設置輸出I/O 口，第1 次T0 定時中斷響應后，將當前輸出I/O 口對應的引腳輸出置高電平，設置該路輸出正脈沖寬度，并啟動第2 次定時器中斷，輸出I/O口指向下一個輸出口。第2 次定時器定時時間結束后，將當前輸出引腳置低電平，設置此中斷周期為20ms 的1/8 減去正脈沖的時間，此路P W M 信號在該周期中輸出完畢，往復輸出。在每次循環的第16次（2 *8=16）中斷實行關定時中斷T0的操作，最后就可以實現8路舵機控制信號的輸出。

參考文獻：

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作者簡介：昝鷺鷥，1995年11月18日，男，漢族，天津市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向

張晗，1997年6月27號，女，漢族，河南省人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向

冀向陽，1996年6月7日，男，漢族，河南省人；職稱：學生；單位：鄭州大學；研究方向：車輛方向endprint