利用單片機PWM信號進行舵機控制[圖]

　　脈衝計數可以利用51單片機的內部計數器來實現，但是從軟體系統的穩定性和程序結構的合理性看，宜使用外部的計數器，還可以提高CPU的工作效率。實驗後從精度上考慮，對於FUTABA系列的接收機，當採用1MHz的外部晶振時，其控制電壓幅值的變化為0.6mV，而且不會出現誤差積累，可以滿足控制舵機的要求。最後考慮數字系統的離散誤差，經估算誤差的範圍在±0.3%內，所以採用單片機和8253、8254這樣的計數器晶片的PWM信號產生電路是可靠的。圖3是硬體連接圖。

 

　　圖3 PWA信號的計數和輸出電路

 

　　基於8253產生PWM信號的程序主要包括三方面內容：一是定義8253寄存器的地址，二是控制字的寫入，三是數據的寫入。軟體流程如圖4所示，具體代碼如下。

　　//關鍵程序及注釋：

　　//定時器T0中斷，向8253發送控制字和數據

　　void T0Int（） interrupt 1

　　{

　　TH0 = 0xB1;

　　TL0 = 0xE0; //20ms的時鐘基準

　　//先寫入控制字，再寫入計數值

　　SERVO0 = 0x30; //選擇計數器0，寫入控制字

　　PWM0 = BUF0L; //先寫低，後寫高

　　PWM0 = BUF0H;

　　SERVO1 = 0x70; //選擇計數器1，寫入控制字

　　PWM1 = BUF1L;

　　PWM1 = BUF1H;

　　SERVO2 = 0xB0; //選擇計數器2，寫入控制字

　　PWM2 = BUF2L;

　　PWM2 = BUF2H;

　　}

 

　　

　　圖4 基於8253產生PWA信號的軟體流程

 

　　當系統的主要工作任務就是控制多舵機的工作，並且使用的舵機工作周期均為20ms時，要求硬體產生的多路PWM波的周期也相同。使用51單片機的內部定時器產生脈衝計數，一般工作正脈衝寬度小於周期的1/8，這樣可以在1個周期內分時啟動各路PWM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設置初值，並設置輸出I/O口，第1次T0定時中斷響應後，將當前輸出I/O口對應的引腳輸出置高電平，設置該路輸出正脈衝寬度，並啟動第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後，將當前輸出引腳置低電平，設置此中斷周期為20ms的1/8減去正脈衝的時間，此路PWM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，最後就可以實現8路舵機控制信號的輸出。

　　也可以採用外部計數器進行多路舵機的控制，但是因為常見的8253、8254晶片都只有3個計數器，所以當系統需要產生多路PWM信號時，使用上述方法可以減少電路，降低成本，也可以達到較高的精度。調試時注意到由於程序中脈衝寬度的調整是靠調整定時器的初值，中斷程序也被分成了8個狀態周期，並且需要嚴格的周期循環，而且運行其他中斷程序代碼的時間需要嚴格把握。

　　在實際應用中，採用51單片機簡單方便地實現了舵機控制需要的PWM信號。對機器人舵機控制的測試表明，舵機控制系統工作穩定，PWM佔空比 （0.5～2.5ms 的正脈衝寬度）和舵機的轉角（-90°～90°）線性度較好。

　　參考文獻

　　1 胡漢才．單片機原理及接口技術。清華大學出版社.1996

　　2 王時勝，姜建平。採用單片機實現PWM式D/A轉換技術。電子質量.2004

　　3 劉歌群。盧京潮。閆建國。薛堯舜。用單片機產生7路舵機控制PWM波的方法。機械與電子.2004