关于51单片机控制舵机(减速电机类似)的详解

sfr CCAPM0=0xDA;//PCA 模块 0 的工作模式寄存器
//--------------------------------------//7 1 0 //- ECMn CAPPn CAPNn MATn T0Gn PWMn ECCFn 6 5 4 3 2
//--------------------------------------//ECOMn:使能比较器， 1 时使能比较器 功能 //CAPPn：正捕获，1 时使能上升沿捕 获 //CAPNn：负捕获，1 时使能下降沿捕 获 //MATn:匹配:1 时，PCA 计数器的值与
//---------------------------------------------//ECF:PCA 计数溢出中断使能:1 时， 使能 寄存器 CCON CF 位的中断。0 时禁止该功能。
sfr CL=0xE9;//CL 和 CH 为正在自由递增计数的 16 位 PCA 定时器的值。
sfr CH=0xF9; /***PWM0 相关特殊功能寄存器***/ sfr CCAP0L=0xEA;//PCA 模块 0 的捕捉/比较寄存器低 8 位 sfr CCAP0H=0xFA;//PCA 模块 0 的捕捉/比较寄存器高 8 位
//-------------------------------//CIDL:计数阵列空闲控制，0 时，空闲 模式下 PCA 计数器继续工作；1 时空闲模式 PCA 停止工作。
//--------------------------------------------//CPS2 CPS1 CPS0: PCA 计数脉冲选择 //000:系统时钟，FOSC/12 //001:系统时钟，FOSC/2 //010:定时器 0 的溢出，可实现可调频 率 PWM 输出
//----------------------------// 7 6 5 4 | 3 2 1 0
sfr CCON=0xD8;//CF CR - - | - - CCF1 CCF0
//----------------------------//CF:PCA 计数阵列溢出标志.计数值翻转 时由硬件置位。 //CR:PCA 计数阵列运行控制位。 //CCF1:PCA 模块 1 中断标志。当出现匹 配或者捕获时由硬件置位。 //CCF0:PCA 模块 0 中断标志。当出现匹 配或者捕获时由硬件置位。
右面是舵机：
安装有 180°舵机的双足机器人：
安装有 360°舵机的搬运机器人： 上一段中，我提到可以通过一定的方法，控制舵机，到 底是什么方法?PWM!我也不是什么老教授， 我不喜欢说太多抽 象的理论，这里，只需要知道，要控制舵机，我们要让单片 机输出一个周期为 20ms-30ms，高电平为 0.5ms-2.5ms 的信 号 即 可 。
关于 51 单片机控制舵机（减速电机类似） 的详解
关于舵机，目前网络上和书本上，很难找到详细可行的 资料（如果有，那估计是我眼瞎，不要理我就好啦 - -！ ） ， 我在制作 ROBOTCUP 搬运机器人的过程中，由于听取学长的 “建议” ，采用舵机作为机器人的驱动，加之当时太年轻， 使用 90 系列 51 单片机，所以一个舵机耗了 3 个月，并没有 按照预期，参加比赛（这个也真的不怪谁，不走个弯路，也 不会对舵机和 51 单片机有如今的大彻大悟- -！ ） 。所以啊， 如果有学弟学妹，想要在以后做之类的比赛甚至于从事相关 的工作，那么好好研究下舵机的控制，对你是十分有帮助的 （无论是对于舵机控制的原理还是对主控芯片的理解都很 有帮助） 。关于舵机的控制，我查询过相关的资料，也请教 过我的导师，但是结果都很不满意，舵机乱转，转速控制不 精确，出现过各种问题。最终，我也硬是通过砸钱和砸时间 （20 块一个的 PWM 调制器不知道烧了多少- -！这个反正烧 的不是我的，不心疼，但是 90 块一个舵机，加上 60 块一个 的航模 PWM 舵机调制器还是砸了几百块进去的） ，和小伙伴 通过实验，反复测试得到的结果，在这里分享出来，希望能 帮助到学弟学妹。 首先，舵机是做什么的？舵机按照旋转的角度，可以分
模块的比较/捕获寄存器的值匹配将置位 CCON 寄存器中断标 志位 CCFn //T0Gn:翻转，1 时，工作在 PCA 告诉 输出模式，PCA 计数器的值与模块的比较/捕获寄存器的值匹 配将是 CEXn 脚翻转 //PWMn:脉宽调节输出模式，1 时，使 能 CEXn 脚用做 PWM 输出 //EECFn:使能 CCFn 中断，使能寄存器 CCON 中的捕获/比较标志 CCFn，用来产生中断 sfr PCA_PWM0=0xF2;//PCA 模块 0,PWM 寄存器
1.5ms，但是结果可能是高电平为 3ms+，为什么？这个问题 困惑了我挺久，我和学长也讨论过，他说，编译过程中，会 将我们写的 c 文件，编译成汇编文件，然后转成机器语言， 这个过程中可能会有误差。 而我觉得， 晶振本身是有误差的， 其次，这样反复的进入中断，细小的误差会被无限的放大。 同样是使用 c，stm32 上 pwm 的精度高的离谱。所以，使用 51 单片机的 8 位定时器来控制舵机， 在我看来， 是完全不可 行的（可以质疑我的能力，但是上面的程序是在我写的众多 定时器控制 pwm 输出程序中早期的一个，放出来理解简单， 但我在很长一段时间里，极力优化代码，尝试过各种思路， 但是结果只能说有提升，但是远远达不到控制舵机的要求） ， 有不怕死的小伙伴，也可以自己写点小程序，打在示波器上 看看。不能用定时器，那怎么办？又有小伙伴说了， stc12 系列的 51 单片机是自带 8 位 pwm 模块，是不是可以用 12 系列的单片机实现？看程序： #include<at89x52.h> /*************************** STC12C5A16S2: PWM0 输出为 P1.3 PWM1 输出为 P1.4 /***PWM 相关特殊功能寄存器***/
(1.484375) //230 (2.03125) 为 2ms
void main(void) { ini_T0(); CL 加 1 CMOD=0x04;//定时器 0 溢出率作为时钟输入 //CIDL - - CPS2 CPS1 CPS0 ECF //方式 2，0.078125ms 溢出，每溢出一次
void ini_T0(void) { TMOD=0x02;//T0 方式 2 TH0=0xb2; //12MH 时 TL0=0xb2; TR0=1; } // //频率为 50HZ 周期的 1/50=0.02s,将 0.02S 分成 256 分： 0.02/256=0.000078125S=0.078125ms //0.078125 为一份的时间 一共 256 份 //CCAP0L=223;CCAP0H=223;为 2.5ms //243 时 约 为 1ms (0.9375) //CCAP0L=249;CCAP0H=248;为 0.5ms //236 时 为 1.5ms
//--------------------------------------------//CPS2 CPS1 CPS0: PCA 计数脉冲选择 //000:系统时钟，FOSC/12 //001:系统时钟，FOSC/2 //010:定时器 0 的溢出，可实现可调频 率 PWM 输出 //011:ECI/P3.4 脚的外部时钟输入(最大 速率 FOSC/2) //100:系统时钟,FOSC //101:系统时钟/4,FOSC/4 //110:系统时钟/6,FOSC/6 //111:系统时钟/8,FOSC/8
sfr PCA_PWM1=0xF3;// /***PCA 阵列计数控制位***/ sbit CR=0xDE;//因为只有能和 8 整除的才能位寻址，所 以能些 0xDE，看起来有冲突，实际上不会。 /***AUXR1 寄存器 SFR 地址设置***/ sfr AUXR1=0xA2;//PWM 引脚位置 串口 2 位置 双 DPTR 选 择 AD 转换结果存放方式调整 SPI 位置调整
为 180°和 360°连续旋转舵机。180°舵机，顾名思义，就 是只能旋转 180°的舵机，我们可以通过一定的方法，精确 的控制舵机旋转的角度， 因此， 就我目前接触到的比赛来看， 180°舵机在双足机器人以及飞思卡尔竞速车的转向上使用 的很多， 双足机器人就是模仿人走路的机器人， 通过控制 180° 舵机转动的角度，完成指定的动作。飞思卡尔转向类似于汽 车使用方向盘转向，舵机就起到方向盘的作用。 360°连续 旋转舵机， 可以通过一定手段， 控制舵机的旋转方向和速度， 因此，也常常用于小车型机器人的驱动上。这里需要说明的 是，180°舵机是无法调速的，就是说，他始终会以最快速 度，朝着你设定的角度旋转，直到旋转到目标角度停止。而 360°舵机是无法控制旋转的角度的，只可以控制转和停， 正转和反转以及转速。
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6 பைடு நூலகம் 4
3
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1
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sfr CMOD=0xD9;//CIDL - - -
CPS2 CPS1 CPS0 ECF
//-------------------------------//CIDL:计数阵列空闲控制，0 时，空闲 模式下 PCA 计数器继续工作；1 时空闲模式 PCA 停止工作。
void _pwm () interrupt 1 { TH0=0xff; // 0.01ms TL0=0xF6; i++;
if(i<=n){ P1=0XFF; 1.37<<1.47-1.54<<1.63 } else P1=0x00; //
if(i>=2000){ i=1;
} } 看起来程序好像没有什么问题， ste360(n)这个函数， n 就可以控制 pwm 高电平的时间，我设定定时器为每 0.01ms 进入一次中断，所以，要想得到 1.5ms 高电平，是不是 n 填 写 150 就行了？答案是否定的，至于具体结果怎么样，我这 里就不截图了，没有在学校没法用示波器，之后完善吧。我 这里告诉你，虽然程序逻辑是没有问题的，计算出来确实是
关于硬件上的设计，无非是保证供电的稳定和预留出 PWM 的接口，由于我本身也不是做硬件的，这里就不详细说 明了，这里附上一张图，感兴趣的小伙伴可以研究一下，如 果对硬件上有其他的问题，也可以私下联系我，我们组做硬 件 的 小 伙 伴 ， 还 是 很 厉 害 的 。
我这里对 360°舵机如果通过 51 单片机的程序进行控 制做详细的说明。对于 360 °舵机而言， PWM 高电平为 0.5-1.5ms 为正转区间，1.5-2.5ms 为反转区间，1.5ms 为舵 机刹车点，实际测试过程中，我发现，我使用的舵机，正转 的调速高电平区间为 1.37ms-1.47ms，反转调速高电平区间 为：1.53-1.63ms，刹车高电平区间为：1.47-1.53ms。是不 是感觉很简单呢？听起来好像是挺简单的，但是有没有想过 如何使用 51 单片机产生我们需要的 PWM 呢？有小伙伴会说， 用定时器啊！当然，我一开始也是这么想的，看看下面这段 程序： unsigned int i=1; int n; void ste360(n){ TMOD=0X01; TL0=0XF6; TH0=0XFF; TR0=1; EA=1; ET0=1; P1=0X00; while(1); } // 0.01ms
//----------------------------------// 0 //PCA_PWMn:- - - - | - - EPCnH EPCnL 7 6 5 4 3 2 1
//----------------------------------/***PWM1 相关特殊功能寄存器***/ sfr CCAP1L=0xEB; sfr CCAP1H=0xFB; sfr CCAPM1=0xDB;