单片机控制的多路舵机用 PWM波产生方法
单片机输出18路舵机控制PWM波形
通过与PC机的串口通信完成对舵机角度的实时调整。
串口通信：
其中包括1个用来控制头的 舵机，16个控制手臂和腿 部的舵机。本课题主要对 后16个舵机进行控制。
每一台舵机有3根线，分别是两根电源线和一根信号线，
电源为5V或7V（两种工作模式），在信号线上输入一 定占空比的50Hz矩形波时，舵机会运动到相应的角度。
微控制器采用AVR ATMEGA 128
?微控制器采用avratmega128?利用多路io口输出pwm波形?将舵机电源和单片机电源分开以保护单片机?编程完成io口输出16路pwm波形?通过改变pwm波形的占空比控制舵机的旋转角度pwm波形产生思路
双足机器人
任务介绍
硬件设计 软件设计 运动调试 遇到的困难及解决方案
整个机器人共有17个舵机。
开始 设定变量及控制 数组 重载TCNT0 程序初始化 PWM[i]=motions[0][i] 初始化端口及定 时器T0 定时器T0 溢出 更新PWM[i] N Y Count==200 N t>=T PWM[i]与count比较输出 18路PWM波形 Count++
Y
Count=0
主程序 中断服务子程序
2、硬件方面，有几个舵机存在不同方面的问题，还有
原配舵机和非原配舵机参数不同，这给设计和调试工 作带来了很大困难。
解决方案：
从实验室借的舵机一方面外形不匹配，另一方面拿回
来换的舵机本身就有毛病。最后将机器人上未用到的 脖子的舵机拆下来装在手臂上解决此问题。
3、由于是开环控制，运动过程中机器人经常失去平衡，
动作分解
确定起始动作和终止动作 寻找过度动作
注意事项
用单片机产生7路舵机控制PWM波的方法
PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一O PLC 控制系统安全接地设计及其工程实践一般应注意以下一些问题=a .采用一点接地O 一般情况下接地方式与频率有关9当频率低于1M~Z 时可用一点接地9高于10M~Z 时采用多点接地O PLC 控制系统因信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响9装置之间信号交换频率一般都低于1M~Z 9所以PLC 控制系统采用一点接地O 集中布置的PLC 系统适于并联一点接地方式9各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极O 如果装置间距较大9应采用串联一点接地方式9用1根大截面铜母线(PEB >连接各装置柜体中心接地点9然后将接地母线直接连接接地极Ob .接地线采用大于22mm 2的铜导线9接地母线(PEB >使用截面大于60mm 2的铜排O 在接地末端测量接地电阻应小于2O 9接地极最好埋在距建筑物10～15m 远处9而且PLC 系统接地点必须与强电设备接地点相距10m 以上Oc .信号源和交源电不允许共同使用1根地线9在接线铜排上才能把各个接地点联接在一起;屏蔽地\保护地各自独立地接到接地铜排上9不应当将其和电源地\信号地在其它任意地方扭在一起O 3结束语PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题9在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素9合理有效地抑制抗干扰O 另外9还需要说明的是9由于电磁干扰的复杂性9要根本消除干扰影响是不可能的9因此9在PLC 控制系统的软件设计和组态时9还应在软件方面进行抗干扰处理O 参考文献=1]皮壮行9等.可编程序控制器的系统设计与应用实例 M ].北京=机械工业出版社92000.2]袁任光.可编程序控制器选用手册 M ].北京=机械工业出版社92002.3]郭宗仁9等.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术 M ].北京=人民邮电出版社92000.4]陈宇9等.可编程序控制器基础及编程技巧 M ].广州=华南理工出版社92002.5]王庆斌9等.电磁干扰及电磁兼容技术 M ].北京=机械工业出版社91999.作者介绍=徐滤非(1964->9男9湖北黄石人9黄石高等专科学校自动化系讲师9从事工业自动化的教学及科研工作O用单片机产生7路舵机控制P WM 波的方法刘歌群9卢京潮9闫建国9薛尧舜9(西北工业大学9陕西西安710072)M et hod t o G enerat e 7Pul seW i dt h M odul ati on W aves W it h S i n g l echi p M i cr o p r ocessor t oContr ol Ser vosLI U G e<un 9LU ji n g chao 9YAN jiang uo 9XUE Yao shun (Nort h Wester n Pol y technic Uni versit y 9X i an 7100729Chi na )摘要C提出了一种利用80C196KC 单片机产生7路P WM 波来控制FUTABA 舵机的方法O 利用分时机制产生每一路P WM 波的上升沿和下降沿97路波形从单片机的P1口同时输出9分辨率达到2卜s O 本方法具有成本低\分辨率高\输出路数多等优点9并在某机器人控制器中得到了成功应用O收稿日期=20030529关键词=单片机;P WM 波;软件定时器;运动控制器中图分类号=TP211.4;TN787.2文献标识码=B 文章编号=10012257(2004>02007603Abstract =A m et hod t o g enerat e 7p ul seW i dt hmodul ati on Waves W it h si n g l e chi p m i cr o p r ocessor 80C196KC f or t he contr olli n g of Fut aba ser vos i s p r o p osed .Each P WM Wave i s p r oduced b y m echa-ni s m of ti m eshari n g.A ll7Waves9Whose resol uti on i s2us9are out p utt ed f r o m Port1of CP U si mult a-neousl y.W it h advant a g es of l o W cost9hi g h resol u-ti on and more out p ut nu mber9t he m et hod has been successf ull y a pp li ed i n an r obot co m p ut er contr ol s y st e m.Ke y words C si n g l e chi p m i cr o p r ocessor9p ul se W i dt h modul ati on Wave9sof t Ware ti m er9move-m ent contr oll er0引言在机器人无人驾驶汽车和无人驾驶飞机等运动控制器的设计中9常会遇到多路P WM波的产生问题O机器人的头肩肘腕指等关节9无人飞机的舵面1I9无人驾驶汽车的方向盘和油门等9都需要电机驱动9所以在这一类的控制器中需要多路的P WM信号来完成控制任务O在80C196单片机作为主芯片的控制器中9要产生多路P WM信号存在以下问题Ca.单片机的P WM波发生器是固定周期的9难以完成各种周期的P WM输出要求Ob.专门的P WM波发生器芯片波形周期受限定时精度不高增加系统的体积成本Oc.用单片机的高速输出~SO产生P WM波2I9周期和分辨率可达到要求9但最多只能输出4路O 因此需要一种低成本高分辨率能够产生多路P WM波的方法O FUTABA舵机周期为14590卜s9工作正脉冲宽度为1200～1800卜s9有多种型号9常用于各种运动控制器3I O由于其工作正脉冲宽度不大于周期的1/89所以为利用软件定时器产生8路P WM波提供了可能性O由于中断响应和执行中断服务程序会占用一定的时间9为保证有一定的富余时间9本方法可以产生稳定的7路FUTABA舵机控制用P WM波O1实现7路P WM波输出的机理由于各路P WM波的周期相同9工作正脉冲宽度小于周期的1/89可以在1个周期的时间里分时启动各路P WM波的上升沿9再利用1个软件定时器确定该路P WM波的输出宽度O第1个软件定时器按周期的1/7时间定时9并设置输出通道号9输出号从0开始O第1个软件定时器定时中断响应后9将当前输出通道号对应的引脚输出置高电平9设置该路输出正脉冲宽度9并启动第2个软件定时器9输出通道号指向下一路O第2个软件定时器定时时间到后9将当前输出引脚置低电平9此路P WM在该周期中输出结束9系统等待第1个软件定时器下一个1/7周期的中断到来9再利用第2个软件定时器输出下一路P WM波O7路全部输出完毕之后9输出号设为09重复新一轮输出O 7路P WM波的时间分配如图1所示O总周期为14590卜s91/7周期为2084卜sO图17路P WM波的时间分配图27路P WM波输出的软件设计80C196KC单片机有4个软件定时器4I9选用软件定时器0进行1/7周期定时9选用软件定时器3定时每一路的高电平宽度O定义curr P WMPort 为当前输出通道号9初始值为09对应P1.0口O定义数组p Wm out7I为各路输出脉冲宽度值9数组值初始化为中位值1520卜s O程序一开始对~SO 进行初始化9选择定时器1为时间基准9使软件定时器中断9按1/7周期时间启动软件定时器0O软件定时器0的中断响应子程序把当前输出通道号对应的P1口引脚置高电平9按p Wm out curr P WM-Port I对应的时间装载并启动软件定时器39并按1/ 7周期时间再次启动软件定时器0O软件定时器3的中断响应子程序把当前输出通道号对应的P1口引脚置低电平O程序原理性伪代码C＃defi ne Z W Z1520//中位值1520卜sst ati c I NT8U curr P WMPort9//输出通道号I NT16U p Wm out7I=Z W Z9Z W Z9Z W Z9 Z W Z9Z W Z9Z W Z9Z W Z}9//各路输出脉冲宽度值voi d i nit hsi o(voi d>//初始化~SOcurr P WMPort=09hso co mm and=0x189hso ti m e=ti m er1+0x61b9//2084卜s91/7个时间周期voi d Sof t T i m er0软件定时器0中断响应子程序Whil e i os0&0x80as m dihso co mm and=0x18hso ti m e=ti m er1+2084再次启动软件定时器0Whil e i os0&0x80hso co mm and=0x1bhso ti m e=ti m er1+p Wm out curr P WM-Port启动软件定时器3set bit i o p ort1curr P WMPort上升沿置高电平as m eicurr P WMPort++if curr P WMPort==7curr P WMPort=0指向下一通道voi d Sof t T i m er3软件定时器3中断响应子程序as m diif curr P WMPort==0clr bit i o p ort16el seclr bit i o p ort1curr P WMPort-1下降沿置低电平as m ei80C196KC单片机选用12M~Z晶振1个状态周期为167ns5作为~SO时间基准的定时器1分辨率为8个状态周期故软件定时器的分辨率为8 >167ns=1.336卜s小于2卜s经测试软件定时器0的中断响应子程序执行时间为60卜s左右在~SO时间装载的时候把相应的软件运行时间减掉最后得出的真实定时时间就符合舵机对控制P WM信号的要求为了防止更高优先中断影响准确的定时时间在中断响应子程序中实行了关中断3输出结果利用逻辑分析仪测得的单片机P1口输出波形如图2所示图2P1口输出波形图由图可以看出软件定时比较准确由于中断响应时间等不确定因素会有3卜s的定时误差从使用的角度来说已经满足了舵机控制的要求4结束语通过分时输出高电平利用2个软件定时器在单片机上产生了7路P WM波成功地实现了对某机器人7个FUTABA舵机颈1路肩2路肘2路指2路的控制输出的P WM波定时精度高占用单片机资源少没有增加额外的硬件输出路数多成本低可以应用于需要控制多个FUTABA舵机的场合对于如直流脉宽调制调速6等其他需要产生P WM波的系统设计也有一定的借鉴作用参考文献1刘歌群.小型无人机飞行控制器的硬件设计J.计算机测量与控制200322144-146.2孙涵芳.I NTEL16位单片机M.北京北京航空航天大学出版社1995.3Futaba Cor p orati on EB OL.htt p WWW.f utaba-rc.co m ser vos f ut m0211.ht m l20030320.4程军.I NTEL80C196单片机应用实践与C语言开发M.北京北京航空航天大学出版社2000.5何立民.单片机应用系统设计M.北京北京航空航天大学出版社1990.6吕平宝谢剑英.基于80C196KC的直流电机P WM调速控制器的设计与应用J.测控技术200221830-32.作者简介刘歌群1974-男陕西西安人西北工业大学自动化学院博士研究生研究方向为计算机控制与智能控制飞行控制过程控制系统的应用与研究薛尧舜1979-男回族江苏扬州人西北工业大学自动化学院硕士研究方向为计算机控制与智能控制用单片机产生7路舵机控制PWM波的方法作者：刘歌群， 卢京潮， 闫建国， 薛尧舜作者单位：西北工业大学,陕西,西安,710072刊名：机械与电子英文刊名：MACHINERY & ELECTRONICS年，卷(期)：2004(2)被引用次数：25次1.刘歌群小型无人机飞行控制器的硬件设计[期刊论文]-计算机测量与控制 2003(02)2.孙涵芳Intel 16位单片机 19953.Futaba Corporation 20034.程军Intel80C196单片机应用实践与C语言开发 20005.何立民单片机应用系统设计 19906.吕平宝;谢剑英基于80C196KC的直流电机PWM调速控制器的设计与应用[期刊论文]-测控技术 2002(08)1.方庆山.林春方.FANG Qing-shan.LIN Chun-fang一种基于AT89C2051的多路舵机控制方案设计[期刊论文]-微特电机2009,37(7)2.梁锋.王志良.解仑.徐文学.LIANG FENG.WANG ZHILIANG.XIE LUN.XU WENXUE多舵机控制在类人机器人上的应用[期刊论文]-微计算机信息2008,24(2)3.冯晓伟.王雷阳.李正生.FENG Xiao-wei.WANG Lei-yang.LI Zheng-sheng多路舵机控制PWM发生器的设计与Proteus仿真[期刊论文]-现代电子技术2011,34(11)4.时玮利用单片机PWM信号进行舵机控制[期刊论文]-今日电子2005(10)5.付丽.刘卫国.伊强.FU Li.LIU Wei-guo.YI Qiang单片机控制的多路舵机用PWM波产生方法[期刊论文]-微特电机2006,34(2)6.张龙.孟偲.刘颖.王田苗.ZHANG Long.MENG Cai.LIU Ying.WANG Tian-miao仿壁虎机器人多路舵机控制器设计[期刊论文]-微特电机2010,38(9)1.李素娟.蒋维安基于51单片机多通道直流电机调速设计[期刊论文]-机电工程技术 2010(6)2.李一波.高永霞系留飞艇地面监测系统艇载控制模块设计[期刊论文]-电子技术应用 2010(11)3.秦萍舵机在机器人技术中的应用及编程方法[期刊论文]-价值工程 2013(32)4.宫俊.俞志伟.戴振东基于LPC2103的四足机器人控制系统设计[期刊论文]-中国科技博览 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pwm波形的生成方法
pwm波形的生成方法
PWM波形的生成方法主要有以下几种：
1. 波形发生器产生PWM：最简单的方式是使用波形发生器，只需要在发生器上设置一下，就能轻易获取想要的PWM。
2. 单片机产生PWM：现在很多单片机都配置了能产生PWM的端口，或者通过单片机的端口进行模拟产生PWM，只需要通过编写一些程序，就能产生出想要的PWM。
3. 可编程逻辑器件产生PWM：以可编程的逻辑器件，如CPLD或FPGA为硬件基础，编写专用程序来产生PWM，这种方式产生的PWM频率、占空比比较准确。
4. 专用PWM芯片产生PWM信号：很多厂家都设计、生产了一些能产生PWM的芯片，使用这些芯片就能很方便产生PWM，也方便应用到产品设计中。
5. 比较式PWM：比较式PWM是最常见的PWM产生方法，它通过比较一个变量信号与一个固定的参考电平来生成PWM信号。
主要包括两个阶段：比较器输出与集成器输出。
比较器是比较式PWM的核心组成部分，由比较器和参考电压组成。
可以将模拟控制信号与一个固定的电压（参考电压）进行比较，从而生成PWM信号。
集成器是比较式PWM的后级，它将比较器输出的脉冲信号进行整形，生成PWM波形。
如果将比较式PWM与单片机
相结合，可以使用定时器/计数器来生成PWM波形。
通过定时器/计数器的控制，可以改变PWM的频率和占空比。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
如何利用单片机输出PWM波
如何利用51单片机输出PWM波1、理论知识PWM这个功能在飞思卡尔、STM32等高档的单片机内部有专用的模块，用此类芯片实现PWM功能时只需要通过设置相应的寄存器就可实现周期和占空比的控制。
但是如果要用51单片机的话，也是可以的，但是比较的麻烦。
此时需要用到内部定时器来实现，可用两个定时器实现，也可以用一个定时器实现。
用两个定时器的方法是用定时器T0来控制频率，定时器T1来控制占空比。
大致的的编程思路是这样的：T0定时器中断让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这个T1是让IO口输出低电平，这样改变定时器T0的初值就可以改变频率，改变定时器T1的初值就可以改变占空比。
下面重点介绍用一个定时器的实现PWM的方法。
因为市面上的智能小车所采用的电机大多数为TT减速电机，通过反复的实验，此电机最佳的工作频率为1000HZ（太高容易发生哨叫，太低电机容易发生抖动）,所以下面以周期为1ms（1000HZ）进行举例，要产生其它频率的PWM波，程序中只需作简单修改即可。
用一个定时器时（如定时器T0）,首先你要确定PWM的周期T和占空比D，确定了这些以后，你可以用定时器产生一个时间基准t，比如定时器溢出n次的时间是PWM的高电平的时间，则D*T=n*t，类似的可以求出PWM低电平时间需要多少个时间基准n'。
因为这里我们是产生周期为1ms(1000HZ)的PWM,所以可设置中断的时间间隔为,，然后中断100次即为1ms。
在中断子程序内，可设置一个变量如time,在中断子程序内，有三条重要的语句:1、当time>=100时，time清零(此语句保证频率为1000HZ)，2、当time>n时(n应该在0－100之间变化开)，让单片相应的I/O口输出高电平，当time<n 时，让单片相应的I/O口输出低电平，此时占空比就为%n。
2、程序1，使单片机的I/O口输出固定频率的PWM波下面按上面的思路给出一个具体程序：/*******************************************************************/ /*程序名：单片机输出固定频率的PWM波*//*晶振： MHz CPU型号：STC89C52 *//*功能：P2^0口输出周期为1ms(1000HZ),占空比为%80的PWM波*//*****************************************************************/#include<>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit PWM1=P2^0;//接IN1控制正转sbit PWM2=P2^1;//接IN2控制反转uchar time;void main(){TMOD=0x01;//定时器0工作方式1TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//EA=1;//开总中断ET0=1;//开定时器0中断TR0=1;//启动定时器0while(1){}}void delay(uint z){uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=500;y>0;y--);}void tim0() interrupt 1{TR0=0;//赋初值时，关闭定时器TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//TR0=1;//打开定时器time++;if(time>=100) time=0;//1khzif(time<=20) PWM1=0;//点空比%80else PWM1=1;PWM2=0;程序说明：1、关于频率的确定：对于晶振，PWM输出频率为1KHZ,此时设定时器中断一次，时中断次数100次即为1KHZ( *100=1ms，即为1000HZ)此时，定时器计数器赋初值为TH0=FF,TL0=F7。
基于C51的多路舵机PWM控制原理(有程序)
一、 基本原理介绍二、演示机构采用的是舵机，每个需要一路PWM 波和两路电源输入。
电源输入标准为5V 1-8A ，采用带输入和输出保护的50w 开关电源供电；PWM 波为50Hz ，正脉冲时间为0.5-2.5ms ，对应-90°至90°（实际使用中为了保护机械，为0.7-2.3ms ，舵机旋转范围为-70°至70°）。
由于系统对于输出的频率有5Hz 的限制，因此使用软件延迟来实现最多八路的的PWM 波输出。
PWM 波由MCU 通过软件延时产生，算法概述如下（流程图见附件）：1. A 路输出2.5ms 脉冲（输出正脉冲，不足时间由低电平 补至2.5ms ），此时其他五路无输出，相当于输出2.5ms 低电平； 2. B 路输出2.5ms 脉冲（同A 路，不足时间由低电平补齐），此时包括A 路的其他五路无输出，相当于输出2.5ms 低电平；3. 同理，输出C,D,E,F 路4. 此时，1-3步总时间为2.5*6=15ms ，其中每路由一个小于2.5ms 的正脉冲和低电平时间组成。
由于输出周期为20ms ，故应再输出20ms-15ms=5ms 低电平时间，使得各路频率为50Hz 。
重复1-3步，得到输出波形如下图：（仅以4路为例，使用Proteus 仿真示波器，图2.2.2）可以看到，此时各路输出均为50Hz ，正脉冲时间为0.5-2.5ms图 2.2.1 舵机及其控制原理图2.2.2 Proteus仿真此算法在50Hz（20ms）频率的限制下，最多可输出8路PWM波形（8*2.5ms=20ms）三、实际程序程序如下：#include <stdio.h>#include <REG52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit Out1=P2^0;sbit Out2=P2^1;sbit Out3=P2^2;sbit Out4=P2^3;sbit Out5=P2^4;void PWM(uint a, uint b,uint c, uint d,uint e) {uchar A,B,C,D,E;uint M=984;A=250-a;B=250-b;C=250-c;D=250-d;E=250-e;do { Out1 = 1; } while(a--);do { Out1 = 0; } while(A--);do { Out2 = 1; } while(b--);do { Out2 = 0; } while(B--);do { Out3 = 1; } while(c--);do { Out3 = 0; } while(C--);do { Out4 = 1; } while(d--);do { Out4 = 0; } while(D--);do { Out5 = 1; } while(e--);do { Out5 = 0; } while(E--);do{ }while(M--);}main()uchar a,b,c,d,e;uint m;a=170;b=149;c=d=e=149;SCON = 0x50; //REN=1允许串行接受状态，串口工作模式1 TMOD = 0x20; //定时器工作方式2PCON = 0x80;//TH1 = 0xFD; //baud*2 /* reload value 19200、数据位8、停止位1。
如何利用单片机输出PWM波
如何利用51单片机输出PWM波1、理论知识PWM这个功能在飞思卡尔、STM32等高档的单片机内部有专用的模块,用此类芯片实现PWM功能时只需要通过设置相应的寄存器就可实现周期和占空比的控制;但是如果要用51单片机的话,也是可以的,但是比较的麻烦;此时需要用到内部定时器来实现,可用两个定时器实现,也可以用一个定时器实现;用两个定时器的方法是用定时器T0来控制频率,定时器T1来控制占空比;大致的的编程思路是这样的：T0定时器中断让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1是让IO口输出低电平,这样改变定时器T0的初值就可以改变频率,改变定时器T1的初值就可以改变占空比;下面重点介绍用一个定时器的实现PWM的方法;因为市面上的智能小车所采用的电机大多数为TT减速电机,通过反复的实验,此电机最佳的工作频率为1000HZ太高容易发生哨叫,太低电机容易发生抖动,所以下面以周期为1ms1000HZ进行举例,要产生其它频率的PWM波,程序中只需作简单修改即可;用一个定时器时如定时器T0,首先你要确定PWM的周期T和占空比D,确定了这些以后,你可以用定时器产生一个时间基准t,比如定时器溢出n次的时间是PWM的高电平的时间,则DT=nt,类似的可以求出PWM低电平时间需要多少个时间基准n';因为这里我们是产生周期为1ms1000HZ的PWM,所以可设置中断的时间间隔为0.01ms,,然后中断100次即为1ms;在中断子程序内,可设置一个变量如time,在中断子程序内,有三条重要的语句:1、当time>=100时,time清零此语句保证频率为1000HZ,2、当time>n时n应该在0－100之间变化开,让单片相应的I/O口输出高电平,当time<n时,让单片相应的I/O口输出低电平,此时占空比就为%n;2、程序1,使单片机的I/O口输出固定频率的PWM波下面按上面的思路给出一个具体程序：///程序名：单片机输出固定频率的PWM波//晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 //功能：P2^0口输出周期为1ms1000HZ,占空比为%80的PWM波///include<reg52.h>define uint unsigned intdefine uchar unsigned charsbit PWM1=P2^0;//接IN1 控制正转sbit PWM2=P2^1;//接IN2 控制反转uchar time;void main{TMOD=0x01;//定时器0工作方式1TH0=0xff;//65536-10/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//65536-10%256;//0.01msEA=1;//开总中断ET0=1;//开定时器0中断TR0=1;//启动定时器0while1{}}void delayuint z{uint x,y;forx=z;x>0;x--fory=500;y>0;y--;}void tim0 interrupt 1{TR0=0;//赋初值时,关闭定时器TH0=0xff;//65536-10/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//65536-10%256;//0.01msTR0=1;//打开定时器time++;iftime>=100 time=0;//1khziftime<=20 PWM1=0;//点空比%80else PWM1=1;PWM2=0;}程序说明：1、关于频率的确定：对于11.0592M晶振,PWM输出频率为1KHZ,此时设定时器0.01ms中断一次,时中断次数100次即为1KHZ 0.01ms100=1ms,即为1000HZ此时, 定时器计数器赋初值为TH0=FF,TL0=F7;2、关于占空比的确定：此时我们将来time的值从0－100之间进行改变,就可以将占空比从%0－%100之间进行变化,上面程序中t ime<=20时PWM1=0; else PWM1=1;意思就是%20的时间输出低电平,%80的时间输出高电平,即占空比为%80;如需得到其它占空比,如%60,只需将time的值改为40即可;程序为iftime<=40 PWM1=0;else PWM1=1;当然编写程序时也可以定义一个标志位如flag,根据flag的状态决定输出高平还是低电平,假设定义flag=1的时候输出高电平,用一个变量去记录定时器中断的次数,每次中断就让记录中断次数的变量+1,在中断程序里面判断这个变量的值是否到了n,如果到了说明高电平的时间够了,那么就改变flag为0,输出低电平,同时记录中断变量的值清零,每次中断的时候依旧+1,根据flag=0的情况跳去判断记录变量的值是否到了n'如果到了,说明PWM的低电平时间够了,那么就改flag=1,输出改高电平,同时记录次数变量清零,重新开始,如此循环便可得到你想要的PWM波形,这种方法我们这里不在举例,请自己去试着书写;3、程序2,使用单片机I/O口输出PWM波,并能通过按键控制正反转在程序中我们通常需要控制电机的正反转,如通过一个按键控制正反转,此时我们也可以设置一个标志位如flag;在主程序中当按键每次被按下时,flag相应取反;然后在子程序中当flag为1时,进行正转程序,当flag为0时执行反转程序;下面的程序功能为单片机I/O口P2^0、P2^1输出1000HZ,占空比为%50,并能过P3^7按键控制正电机的正反转;///程序名：PWM直流电机调速//晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 //功能：直流电机的PWM波控制,可以通过按键控制正反转///include<reg52.h>define uint unsigned intdefine uchar unsigned charuchar time,count=50,flag=1;//低电平的占空比sbit PWM1=P2^0;//PWM 通道1,反转脉冲sbit PWM2=P2^1;//PWM 通道2,正转脉冲sbit key_turn=P3^7; //电机换向/函数声明/void delayxmsuint z;void Motor_turnvoid;void timer0_initvoid;/主函数/void mainvoid{timer0_init;while1{Motor_turn;}}/延时处理/void delayxmsuint z//延时xms程序{uint x,y;fory=z;x>0;x--fory=110;y>0;y--;}/电机正反向控制/void Motor_turnvoid{ifkey_turn==0{delayxms2;//此处时间不能太长,否者会的中断产生冲突ifkey_turn==0{flag=~flag;}whilekey_turn;}}/定时器0初始化/void timer0_initvoid{TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1TH0=65536-10/256;TL0=65536-10%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;}/定时0中断处理/void timer0_intvoid interrupt 1{TR0=0;//设置定时器初值期间,关闭定时器TH0=65536-10/256;TL0=65536-10%256;TR0=1;ifflag==1//电机正转{PWM1=0;time++;iftime<count{PWM2=1;}elsePWM2=0;iftime>=100{time=0;}}else //电机反转{PWM2=0;time++;iftime<count{PWM1=1;}elsePWM1=0;iftime>=100{time=0;}}}4、程序4、使单片机输出PWM,并能控制正反转和实现调速为了使大家彻底掌握此方面,下面再给出一个复杂一点的程序,实现的功能为通过一个按键控制正反转并通过另外两个按键使之可以在0到20级之间调速的程序;///程序名：PWM直流电机调速//晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 //直流电机的PWM波控制,可以通过按键控制正反转并在0到20级之间调速///include<reg52.h>define uint unsigned intdefine uchar unsigned charuchar time,count=50,flag=1;//低电平的占空比sbit PWM1=P2^0;//PWM 通道1,反转脉冲sbit PWM2=P2^1;//PWM 通道2,正转脉冲sbit key_add=P3^5;//电机加速sbit key_dec=P3^6;//电机减速sbit key_turn=P3^7;//电机换向/函数声明/void delayxmsuint z;void Motor_turn;void Motor_add;void Motor_dec;void timer0_init;/主函数/void main{timer0_init;while1{Motor_turn;Motor_add;Motor_dec;}}/延时处理/void delayxmsuint z//延时xms程序{uint x,y;fory=z;x>0;x--fory=110;y>0;y--;}/电机正反向控制/void Motor_turn{ifkey_turn==0{delayxms2;//此处时间不能太长,否者会的中断产生冲突ifkey_turn==0{flag=~flag;}whilekey_turn;}}void Motor_add//电机加速{ifkey_add==0{delayxms2;//此处时间不能太长,否者会的中断产生冲突ifkey_add==0{count+=5;ifcount>=100{count=0;}}whilekey_add;}}void Motor_dec//电机加减速{ifkey_dec==0{delayxms2;//此处时间不能太长,否者会的中断产生冲突ifkey_dec==0{count-=5;ifcount>=100{count=0;}}whilekey_dec;}}/定时器0初始化/void timer0_init{TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1TH0=65536-10/256;TL0=65536-10%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;}/定时0中断处理/void timer0_int interrupt 1{TR0=0;//设置定时器初值期间,关闭定时器TH0=65536-10/256;TL0=65536-10%256;TR0=1;ifflag==1//电机正转{PWM1=0;time++;iftime<count{PWM2=1;}elsePWM2=0;iftime>=100{time=0;}}else //电机反转{PWM2=0;time++;iftime<count{PWM1=1;}elsePWM1=0;iftime>=100{time=0;}}}5、利用单片机输出PWM简单控制小车直行相信通过上面的讲解,大家已经能够很好的撑握如何利用51单片机产生PWM 波下面给出一个程序,通过单片机两个I/O口输出PWM波,让小车直行;include<reg52.h>define uint unsigned intdefine uchar unsigned charsbit PWM1=P2^0;//接IN1 控制正转sbit PWM2=P2^1;//接IN2 控制反转sbit PWM3=P2^2;//接IN3 控制正转sbit PWM4=P2^3;//接IN4 控制反转sbit PWM5=P2^4;//接IN3 控制正转sbit PWM6=P2^5;//接IN4 控制反转sbit PWM7=P2^6;//接IN3 控制正转sbit PWM8=P2^7;//接IN4 控制反转uchar time;void main{TMOD=0x01;//定时器0工作方式1TH0=0xff;//65536-10/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//65536-10%256;//0.01msEA=1;//开总中断ET0=1;//开定时器0中断TR0=1;//启动定时器0while1{}}void delayuint z{uint x,y;forx=z;x>0;x--fory=500;y>0;y--;}void tim0 interrupt 1{TR0=0;//赋初值时,关闭定时器TH0=0xff;//65536-10/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//65536-10%256;//0.01msTR0=1;//打开定时器time++;iftime>=100 time=0;//1khzPWM2=0;PWM4=0;iftime<=75 PWM1=1;else PWM1=0;iftime<=80 PWM3=1; else PWM3=0;PWM6=0;PWM8=0;iftime<=50 PWM5=1; else PWM5=0;iftime<=50 PWM7=1; else PWM7=0;}。
舵机驱动原理
舵机驱动原理
舵机驱动原理是指通过控制信号来改变舵机的角度和位置。
舵机是一种特殊的电机，它具有精确控制角度的能力，常用于模型控制、机器人、自动控制等领域。
舵机驱动原理基于PWM（脉冲宽度调制）信号的控制方式。
PWM信号是一种周期信号，具有不同的高电平时间和周期。
舵机的驱动引脚通常接收PWM信号，其中高电平时间决定了
舵机的角度位置。
具体来说，舵机驱动原理可分为以下几个步骤：
1. 生成PWM信号：控制舵机的主控设备（例如单片机）通过
定时器或其他方式生成PWM信号。
PWM信号的周期通常为
20毫秒，频率为50赫兹。
2. 设定高电平时间：根据需要控制舵机的角度位置，将主控设备中的定时器配置为合适的高电平时间。
一般来说，舵机的位置范围为0至180度，对应的高电平时间为1至2毫秒。
3. 发送PWM信号：主控设备通过GPIO口将生成的PWM信
号发送至舵机的驱动引脚。
舵机的驱动引脚接收PWM信号后，根据高电平时间来判断应该转动到哪个角度位置。
4. 舵机位置控制：舵机驱动引脚解析接收到的PWM信号，根
据高电平时间的不同调整舵机的位置。
较短的高电平时间将使舵机转向较小的角度，较长的高电平时间则使舵机转向较大的
角度。
通过不断改变发送PWM信号的高电平时间，可以实现对舵机角度位置的精确控制。
舵机驱动原理就是基于这种方式，通过控制电脉冲的宽度来实现舵机的转动。
舵机控制pwm
舵机控制pwm第一章：引言（200字左右）舵机是一种常见的电子设备，它被广泛应用于工业自动化、机器人技术、航空航天等领域。
舵机的核心是PWM（脉宽调制）信号控制技术，通过调节PWM信号的占空比来控制舵机的角度位置。
本论文将重点介绍舵机控制中的PWM信号生成原理和控制算法，并深入分析其应用领域和优势。
第二章：PWM信号生成原理（300字左右）PWM信号是指固定频率和变化占空比的方波信号，它的占空比决定了舵机的角度位置。
PWM信号的生成基于定时器的工作原理，通过不断计数和比较产生特定占空比的脉冲信号。
定时器的计数周期固定，根据所设定的比较值来确定高电平的持续时间，从而控制舵机的旋转角度。
Pulse Width Modulation技术的优势在于能够精确控制舵机位置，并具有速度快、响应高、功耗低等特点。
第三章：舵机控制算法（300字左右）舵机控制算法主要分为位置控制和速度控制两种。
位置控制通过设定目标位置和当前位置的误差，利用PID（比例、积分、微分）控制算法来调节PWM信号的占空比，使舵机迅速达到目标位置并保持稳定。
速度控制则通过设定目标速度和当前速度之间的误差，根据系统的动态特性利用传统PID或者自适应控制算法来调节PWM信号的占空比，实现舵机的平滑运动。
这些控制算法需要根据具体应用需求进行优化和调整，以达到最佳控制效果。
第四章：舵机控制应用与未来发展方向（200字左右）舵机控制技术广泛应用于机器人、工业自动化、航空航天等领域。
在机器人领域，舵机可用于机器人臂、腿部关节的控制，实现多自由度的运动。
在工业自动化应用中，舵机可用于控制机械臂的旋转和伸缩操作。
航空航天领域也常用舵机来控制飞行器的舵和尾翼等部件。
未来，随着自动化技术的不断发展，舵机控制将更加智能化和精确化，并可能融合更多新的技术，如人工智能、机器学习等，进一步拓展舵机在各个领域的应用范围。
第四章：舵机控制应用与未来发展方向（续）（1000字左右）4.1 机器人应用舵机在机器人领域有着广泛的应用，机器人的各个关节可以通过舵机控制实现灵活的运动。
一种基于74HC595产生舵机用多路PWM波的方法
２
肇庆学院学报
第３ ４ 卷
１ 舵机 的工作原理
标准 的舵 机 有 ３条连 接线 ， 分 别 是 电源 线 Ｖ Ｃ Ｃ、 地线 Ｇ ＮＤ、 控 制线 Ｃ Ｉ Ｎ， 如图 １ 所示． 电源线 和地 线 用 于
提供舵机 内部的直流电机和控制线路所需的电能 ， 电压通常取 ５ Ｖ， 但值得注意的是给舵机供 电的电源还必 须能捉供足够的功率 ， 否则舵机将抖动或不能正常工作． 控制线的输人 Ｃ Ｉ Ｎ是一个脉冲宽度可调的周期性
对 舵 机 的控 制要 求．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ７ ． ２ ３
基 金项 目： 广西教育厅 面上项 目 （ ２ ０ １ ０ １ ２ ＭＳ １ ８ ５ ） ； ￣ 东省教 育厅人才 引进 资金 项 目肇庆学 院教授 科研启动 项 目（ ６ １ １ ２ ７ １ ） ； 肇庆学院教学 改革 特别项 目（ Ｊ Ｇ Ｚ Ｂ ２ ０ １ ２ ０ １ ） ； 肇庆 学院教 学研 究项 目（ Ｊ Ｙ ２ ０ １ １ ０ ５ ） 作． 者简 介： 邵 ￣（ １ ９ ７ ０ ． ） ， 男， 湖南浏阳人 ， 肇庆 学院计 算机 学院教授 ， 博 士．
利用msp430和74hc595产生了类人机器人舵机用的48路pwm波且仅需占用msp430单片机的p5端口为机器人的其他控制电路保留了足够的单片机io口硬件电路的特色是采取每片74hc595的串行输入端并联在一起虽然任意时刻每片74hc595的串行输入数据相同但输入的串行数据是否会从并行榆出端输出还取决于各自的锁存脉冲
关键词 ： Ｐ ＷＭ ； ７ ４ ｔ Ｉ Ｃ ５ ９ ５ ； 舵 机 ；类人 机 器 人
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １
文献标志码 ： Ａ
舵机的工作原理和PWM信号控制分析(二)2024
舵机的工作原理和PWM信号控制分析（二）引言概述：在上一篇文章中，我们已经初步了解了舵机的工作原理以及PWM信号的基本概念。
本文将继续深入探讨舵机的工作原理，并详细分析PWM信号在舵机控制中的运用。
正文：一、舵机的工作原理1. 电机运转原理- 舵机内部装有电动机，通过电能转换为机械能。
- 电机通常采用直流无刷电机，具有高效率和长寿命的特点。
2. 位置反馈系统- 舵机内部配备位置反馈系统，用于检测舵盘位置并实时反馈给控制器。
- 位置反馈系统通常采用编码器或霍尔传感器等装置。
3. 控制器- 舵机的控制器根据接收到的控制信号和位置反馈信号，计算出应去的位置，并驱动电机转动到该位置。
- 控制器的设计和算法决定了舵机的精度和响应速度。
二、PWM信号的概念1. PWM信号的产生- PWM信号是一种脉冲宽度调制信号，由一个高电平和一个低电平组成。
- 通过改变高电平和低电平的持续时间比例，可以调整PWM信号的占空比。
2. PWM信号在舵机中的作用- PWM信号被用于控制舵机的位置。
- 控制器根据接收到的PWM信号的占空比，确定舵盘应该转到的位置。
三、PWM信号与舵机的工作原理的关系1. PWM信号与位置控制- 不同的PWM信号占空比对应不同的位置输入。
- PWM信号的占空比与舵盘位置的关系可以通过试验得到，从而建立校准模型。
2. PWM信号与速度控制- 通过改变PWM信号的占空比可以改变舵盘旋转的速度。
- PWM信号的频率也会影响到舵机的响应速度。
四、PWM信号控制舵机的注意事项1. PWM信号的频率选取- 通常舵机的工作频率在50Hz到300Hz之间，选择合适的频率可以保证舵机的正常工作。
- 过低的频率可能导致舵机颤动或者无法工作。
2. PWM信号的占空比设置- 根据舵机的校准模型，设置PWM信号的占空比可以精确控制舵盘的位置。
- 过大或过小的占空比可能导致舵盘不能准确到达期望位置。
五、总结本文深入探讨了舵机的工作原理以及PWM信号在舵机控制中的应用。
单片机pwm波形生成方法
单片机pwm波形生成方法Pulse width modulation (PWM) is a widely used method for generating analog waveforms using digital signals. It is commonly used in microcontroller-based applications such as controlling the speed of motor and LED brightness. PWM波形生成是利用数字信号生成模拟波形的一种常用方法。
它通常用于微控制器应用中，比如控制电机的速度和LED的亮度。
One of the main advantages of using PWM is its ability to control the power supplied to electrical devices, thus providing efficiency and flexibility in various applications. 使用PWM的主要优点之一是它能够控制供电给电器设备的功率，从而在各种应用中提供效率和灵活性。
One way to generate a PWM waveform is by using a timer/counter in the microcontroller. The timer/counter is programmed to count up to a specific value and then reset. During the counting process, the output at the timer/counter pin is high, and when the count is reset, the output goes low. 生成PWM波形的一种方法是利用微控制器中的定时器/计数器。
如何利用单片机输出PWM波
如何利用51单片机输出PWM波1、理论知识PWM这个功能在飞思卡尔、STM32等高档的单片机内部有专用的模块，用此类芯片实现PWM功能时只需要通过设置相应的寄存器就可实现周期和占空比的控制。
但是如果要用51单片机的话，也是可以的，但是比较的麻烦。
此时需要用到内部定时器来实现，可用两个定时器实现，也可以用一个定时器实现。
用两个定时器的方法是用定时器T0来控制频率，定时器T1来控制占空比。
大致的的编程思路是这样的：T0定时器中断让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这个T1是让IO口输出低电平，这样改变定时器T0的初值就可以改变频率，改变定时器T1的初值就可以改变占空比。
下面重点介绍用一个定时器的实现PWM的方法。
因为市面上的智能小车所采用的电机大多数为TT减速电机，通过反复的实验，此电机最佳的工作频率为1000HZ（太高容易发生哨叫，太低电机容易发生抖动）,所以下面以周期为1ms（1000HZ）进行举例，要产生其它频率的PWM波，程序中只需作简单修改即可。
用一个定时器时（如定时器T0）,首先你要确定PWM的周期T和占空比D，确定了这些以后，你可以用定时器产生一个时间基准t，比如定时器溢出n次的时间是PWM的高电平的时间，则D*T=n*t，类似的可以求出PWM低电平时间需要多少个时间基准n'。
因为这里我们是产生周期为1ms(1000HZ)的PWM,所以可设置中断的时间间隔为0.01ms,，然后中断100次即为1ms。
在中断子程序内，可设置一个变量如time,在中断子程序内，有三条重要的语句:1、当time>=100时，time清零(此语句保证频率为1000HZ)，2、当time>n时(n应该在0－100之间变化开)，让单片相应的I/O口输出高电平，当time<n时，让单片相应的I/O口输出低电平，此时占空比就为%n。
2、程序1，使单片机的I/O口输出固定频率的PWM波下面按上面的思路给出一个具体程序：/*******************************************************************/ /* 程序名：单片机输出固定频率的PWM波*//* 晶振：11.00592 MHz CPU型号：STC89C52 *//* 功能：P2^0口输出周期为1ms(1000HZ),占空比为%80的PWM波*//*****************************************************************/#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit PWM1=P2^0;//接IN1 控制正转sbit PWM2=P2^1;//接IN2 控制反转uchar time;void main(){TMOD=0x01;//定时器0工作方式1TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msEA=1;//开总中断ET0=1;//开定时器0中断TR0=1;//启动定时器0while(1){}}void delay(uint z){uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=500;y>0;y--);}void tim0() interrupt 1{TR0=0;//赋初值时，关闭定时器TH0=0xff;//(65536-10)/256;//赋初值定时TL0=0xf7;//(65536-10)%256;//0.01msTR0=1;//打开定时器time++;if(time>=100) time=0;//1khzif(time<=20) PWM1=0;//点空比%80else PWM1=1;PWM2=0;}程序说明：1、关于频率的确定：对于11.0592M晶振，PWM输出频率为1KHZ,此时设定时器0.01ms中断一次，时中断次数100次即为1KHZ( 0.01ms*100=1ms，即为1000HZ)此时，定时器计数器赋初值为TH0=FF,TL0=F7。
如何利用51单片机输出PWM波
如何利用51单片机输出PWM波51单片机可以通过改变IO口的高低电平来生成PWM波，具体的实现方法如下：1.配置IO口：将需要生成PWM波的IO口配置为输出模式，例如P2口。
2.设置定时器：使用一个定时器来控制PWM波的周期，定时器可以选择定时器0（T0）或定时器1（T1），这里以定时器1为例。
a.初始化定时器1的模式为工作模式1，即16位自动重装载模式。
b.设置计数初始值，决定PWM波的频率。
c.启用定时器1中断，并设置中断优先级。
3.设置占空比：通过改变定时器1的重装载值来改变PWM波的占空比。
占空比可通过一个8位变量来控制，变量的取值范围为0-255b.将重装载值低8位保存到TH1寄存器，高8位保存到TL1寄存器。
4.启动定时器：将定时器1的运行控制位TR1置1，定时器1开始工作。
5.通过IO口输出PWM波：在定时器1中断服务子程序中，将IO口（P2口）的数据按照占空比的大小设置为高电平或低电平。
6. 循环运行：通过主程序中的无限循环（while(1)）来持续生成PWM波。
以上就是使用51单片机输出PWM波的基本原理和实现步骤，下面是一个简单的示例代码：#include <reg52.h>//定义PWM波的频率和占空比#define PWM频率 1000 // PWM波的频率为1kHz #define 占空比系数 128 // PWM波的占空比为50% //定义函数和变量void 初始化定时器1(;void 初始化IO口(;void 主程序(;void main初始化定时器1(;初始化IO口(;while (1)主程序(;}void 初始化定时器1//设置定时器1的模式和计数初值TMOD，=0x10;//工作模式1TL1=TH1;//启用定时器1中断，并设置中断优先级ET1=1;//启用定时器1中断EA=1;//启用总中断PT1=1;//定时器1中断优先级为高void 初始化IO口//将P2口配置为输出模式P2=0x00;P2 = 0xff;void 主程序//在定时器1中断服务子程序中，设置P2口的输出//定时器1中断服务子程序void Timer1_ISR( interrupt 3//根据占空比的大小来设置P2口的输出if (TH1 > 占空比系数)P2 = 0xff;} elseP2=0x00;}在主程序中，需要完成具体的PWM波的生成操作，可以在定时器1中断服务子程序中根据占空比的大小来设置输出的高低电平。
单片机pwm控制舵机
单片机pwm控制舵机第一章：引言（大约200字）随着科技的不断发展，单片机技术在现代工业和自动化领域中的应用越来越广泛。
在这些应用中，控制舵机是非常常见的需求之一。
舵机通过调节输入的脉冲宽度来改变输出角度，因此使用脉冲宽度调制（PWM）信号来控制舵机的运动是一种常见的方法。
本论文将探讨如何使用单片机实现PWM控制舵机的方法和技术。
第二章：PWM控制舵机的原理与设计（大约300字）本章将介绍PWM控制舵机的原理和设计。
首先，将详细介绍PWM的概念和工作原理，以及舵机的工作原理。
然后，将讨论如何使用单片机生成PWM信号，并通过改变脉冲宽度来控制舵机的角度。
接下来，将介绍舵机控制电路的基本组成部分和连接方式。
最后，将给出一个具体的PWM控制舵机的电路设计示例。
第三章：单片机编程实现PWM控制舵机（大约300字）本章将介绍如何使用单片机进行编程，实现PWM控制舵机。
首先，将介绍使用哪种编程语言来编写单片机的程序，例如C 语言或汇编语言。
然后，将详细介绍如何编写程序来生成PWM信号，并通过改变脉冲宽度来控制舵机的角度。
此外，还将讨论如何根据实际需求调整PWM信号的频率和占空比。
最后，将给出一个具体的单片机编程实现PWM控制舵机的示例代码。
第四章：实验结果与讨论（大约200字）本章将介绍使用本论文中所提到的方法和技术实现PWM控制舵机的实验结果和讨论。
首先，将介绍所采用的实验平台和测试设备。
然后，将详细介绍实验过程和实验结果。
对于实验结果的讨论，将分析PWM信号的频率和占空比对舵机控制精度的影响。
最后，将讨论实验中可能遇到的问题和改进的方向。
结论（大约100字）通过本论文的研究，我们可以得出结论：使用单片机实现PWM控制舵机是一种可行且有效的方法。
通过调整PWM信号的脉冲宽度，可以精确控制舵机的角度。
同时，通过单片机编程实现PWM控制舵机也是相对简单的。
通过进一步的研究和实践，可以不断改进这一方法并应用于更广泛的应用领域中。
单片机控制的多路舵机用PWM波产生方法
单片机控制的多路舵机用PWM波产生方法
付丽;刘卫国;伊强
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2006(34)2
【摘要】给出了一种新颖的利用AVR单片机产生多路控制舵机用PWM波的方法,利用硬件定时,软件计数相结合的方法,在不增加任何硬件接口的前提下,实现了多达32路PWM波的输出.该方法取代了传统的使用分立元件产生PWM波的方法,大大减少了分立元器件数目及电路连线,改善了系统可靠性,提高了控制精度,并成功应用于14自由度舞蹈机器人"酷狗"控制系统中.
【总页数】3页(P28-29,33)
【作者】付丽;刘卫国;伊强
【作者单位】西北工业大学,陕西西安,710072;西北工业大学,陕西西安,710072;清华大学,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.4
【相关文献】
1.用单片机产生7路舵机控制PWM波的方法 [J], 刘歌群;卢京潮;闫建国;薛尧舜
2.一种基于74HC595产生舵机用多路PWM波的方法 [J], 邵平;莫燕斌;连晋平;陈元滨
3.多路舵机控制PWM发生器的设计与Proteus仿真 [J], 冯晓伟;王雷阳;李正生
4.基于STC15F2K60S2的多路PWM舵机控制器设计 [J], 姚强;王亚刚
5.基于STC15F2K60S2的多路PWM舵机控制器设计 [J], 姚强;王亚刚
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单片机PWM原理与实现
单片机PWM原理与实现一、原理介绍脉冲宽度调制是一种控制模拟信号的技术，通过改变脉冲的宽度来控制电路的输入信号。
在单片机中，脉冲宽度调制通常是通过周期性地变化I/O口的输出电平来实现的。
脉冲的宽度表示了一个周期内的高电平时间占总时间的比例。
PWM信号的周期由单片机的时钟频率和预设的计数器值决定。
通常，计数器从0开始计数，当计数器的值等于预设值时，就会自动复位并触发一个中断。
在每次中断中，我们可以改变I/O口的输出电平来生成脉冲宽度可变的PWM信号。
在应用中，PWM信号可以用来控制电机的速度、LED灯的亮度和舵机的角度等。
通过改变PWM的脉宽，我们可以控制输出电流、电压或功率的大小，从而实现对电子设备的精确控制。
二、实现方法实现单片机PWM通常需要以下步骤：1.选择合适的定时器/计数器：单片机通常具有多个定时器/计数器，我们需要选择适合PWM生成的定时器/计数器。
选择定时器时，需要考虑定时器的分辨率和可用的时钟源。
2.初始化定时器：在使用定时器前，需要初始化定时器的工作模式和计数器的初值。
例如，我们可以选择定时器工作在比较模式或相位正确模式。
计数器的初值决定了PWM信号的周期。
3.设置PWM的占空比：PWM信号的占空比表示高电平时间与总周期的比例。
一般情况下，我们可以通过改变计数器的预设值来改变PWM的占空比。
4.配置I/O口：选择合适的I/O口作为PWM输出端口，并设置该I/O 口的工作模式为输出模式。
在定时器的中断中，通过改变I/O口的电平来实现PWM信号的输出。
5.启动定时器：在设置好以上参数后，我们需要启动定时器来开始生成PWM信号。
一般情况下，定时器开始计数后会触发中断，在中断中可以改变I/O口的输出电平。
6.调整占空比：如果需要改变PWM信号的占空比，我们可以通过改变计数器的预设值来实现。
通过改变预设值，我们可以改变中断触发周期内的高电平时间。
7.停止定时器：如果不再需要生成PWM信号，我们可以停止定时器来关闭PWM输出。
关于单片机控制多路pwm输出问题的全解
关于单片机控制多路pwm输出问题的全解
舵机是机器人、机电系统和航模的重要执行机构。
舵机控制器为舵机提供必要的能源和控制信号。
本文提出一种以外部中断计数为基础的PWM 波形实现方法。
该方法具有简单方便，成本低，可实现多路独立PWM输出的优点。
舵机是一种位置伺服的驱动器。
它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。
1 舵机的工作原理
以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路
BA66881。
的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送人电机驱动集成电路BA6686，以驱动电机正反转。
当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器R。
，旋转，直到电压差为O，电机停止转动。
舵机的控制信。
利用PWM信号控制舵机
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。
舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。
舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。
它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。
最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。
当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。
一般舵机的控制要求如图1所示。
单片机实现舵机转角控制可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。
对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。
5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV，所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。
也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。
单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠。
单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。
当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。
基于STC15F单片机双路PWM信号控制舵机的设计
基于STC15F单片机双路PWM信号控制舵机的设计摘要本文阐述了STC15F系列单片机产生双路可调占空比的PWM信号同时控制两只舵机的设计原理，同时详解了水平方位及垂直仰角方向舵机调节的程序设计，文中给出了PWM信号控制舵机角度精度的推算及编程实现，合理巧妙的利用单片机有限的资源，对于舵机角度控制的应用场景有较大的参考价值。
一、舵机PWM信号与控制精度制定1、PWM 信号的定义PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度，具体的时间宽窄协议参考图1，给出了舵机一种标准协议规定的PWM控制舵机的信号波形图。
图1 PWM控制舵机的信号波形图2、PWM信号控制舵机转到指定角度舵机的角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的，这叫做脉冲编码调制（PCM）。
舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围，总间隔为2ms。
脉冲的宽度将决定马达转动的距离。
例如：1.5毫秒的脉冲，电机将转向90度的位置（通常称为中立位置，对于180°舵机来说，就是90°位置）。
如果脉冲宽度小于1.5毫秒，那么电机轴向朝向0度方向。
如果脉冲宽度大于1.5毫秒，轴向就朝向180度方向。
以180度舵机为例，对应的控制关系是这样的：0.5ms对应0度、1.0ms对应45度、1.5ms对应90度、2.0ms对应135度、2.5ms对应180度；3、PWM信号控制精度制定假设用12MHZ的晶体振荡器作为时钟，单片机定时计时器的最小时间单元为 1uS。
那么 0.5mS---2.5ms 的宽度为 2mS = 2000uS。
舵机可以转动 180 度，那么理论控制精度为180度÷2000=0.09 度。
8位单片机其数据分辨率为256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为 250 份。
那么 0.5mS---2.5ms的宽度为 2mS = 2000uS。
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1 引 言
单
片
传统产生 PWM 波的方法是通过大量的分立元
机 控
件来实现的 ,所产生的脉冲频率和宽度往往不是很
制 的
准确 ,很难做到对舵机的精确控制 。
多
由于单片机具有性能稳定 、编程灵活 、精度较
路
舵 高 、价格低廉等特点 ,用它产生 PWM 波在实际中得
机 用
到了广泛的应用 [ 3 ] 。最直接的方法就是用单片机
机 用
PWM GEN ( )程序中完成 。另外 ,由于中断响应和中
断返回都需要至少 4 条指令周期 ,故取 T0value 的
值比实际算出的值少 4,以减小误差 。
波 产
void timer0 ( void) / /定时器 0中断服务程序
生
方
{
法
flag = 1;
TCNT0 = T0value; }
本身所带的 PWM 口产生波形 ,但该方法受 MCU 内
部资源的限制 ,仅能实现 2 ～4 路 PWM 波的输出 ,
波 产
对于需要多路舵机的场合显然是不够的 。文献 [ 4 ]
生 方
给出了一种利用单片机产生 7路控制 futaba舵机用
法 PWM 波的方法 ,该方法利用分时复用的思想 ,由于
控制脉冲的周期为 14 590μs,控制脉宽 1200～1800 μs,故将一个周期均匀划分为 7份 ,在每个时段控制 其中的一路输出 。该方法虽然实现了 7路舵机的控 制 ,但也仅能实现 7路舵机的控制 ,并且仅针对特定 舵机的控制 ,控制精度也不高 ,在一些重要场合的应 用受到了限制 。文献 [ 5 ]给出的方法实现了 16 通 道的输出 ,该方法利用 MCU 精确控制每条语句的执 行时间 ,再配合延时的方法来达到 16 路的输出 ,然 而此方法大量占用 MCU 运算时间 ,基本不能再处理 其它的事务 。
[ 2 ] Jung Doo - Hee, Ha, In - Joong. Low - cost sensorless control of brushless DC motors using a frequency - independent phase shifter [ J ]. IEEE Trans. on PE, 2000, 15 ( 4) : 744～752
电 ,又能在超过一定电流大小时向高压蓄电池充电 , 现充电电流限制 ,系统结构简单可靠 。
因此这种能量双向回馈法提高了发电机能量利用效 率 ,又使电枢绕组电流限定在允许的范围内 ,不会产 生过电流 。
如果当无刷直流电动机的反电势小于低压蓄电 池电压时也要实现能量回馈 ,那么需要控制下桥臂 功率控制器件 VT2 、VT4 和 VT6 的导通与关断来控 制电枢绕组电流实现能量回馈给低压蓄电池 ,这是 扼流电抗器可以通过外加电路短接或切除 ,充电电 流或电枢电流由电机本身的电感和控制脉冲宽度加 以限制 。
关键词 : AVR单片机 ;舵机 ; PWM 波 ;软件计数器 中图分类号 : TM 383. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7018( 2006) 02 - 0028 - 02 Abstract: Present a novelty method to generate multip lex PWM waveform s using AVR m icro - single p rocessor for control2 ling servos. It maxim izes the number of PWM waveform s to 32 by means of the combining hardware tim ing and software count2 ing w ithout any additional hardware interface. This method sub2 stitutes the conventional method, which uses discrete compo2 nents. Then it leads to reduce significantly the component count of the circuit and imp rove the reliability of the system and the control accuracy. The p roposed scheme has been successfully verified by the control system of dancing robot ( named “cool dog”) . Keywords: AVR m icro - single p rocessor; servo; PWM waveform; software counter
D 驱r动viea控nd制单contr片ol 机 控 制 的 多 路 舵 机 用 P W M 波 产 生微特方电机法 2006年第 2期
付 丽 1 ,刘卫国 1 ,伊 强 2
( 1. 西北工业大学 ,陕西西安 710072; 2. 清华大学 ,北京 100084)
另外 ,利用 CPLD 或 FPGA 产生 PWM 波 [ 6, 7 ]已 在很多重要场合得到广泛应用 ,依靠 CPLD / FPGA 特有的并行处理能力和大量的 I/O 接口 ,可以同时 控制几十甚至上百个舵机同时工作 。该类方法简单 可靠 、控制精确高 ,并且可以在线编程 ,但 CPLD / FP2 GA 用于生成 PWM 波时 ,并不具备事务处理能力 , 实际应用中还需要 MCU 协同工作 ,并且开发设备昂 贵 ,成本也高 ,这就极大地限制了它的应用范围 。
A M ethod to Produce M ultiplex PWM for Servos Using M icro - single Processor FU L i1 , L IU W ei - guo1 , Y I Q iang2
(1. Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China; 2. Tsinghua University, Beijing 100084, China)
图 2 舵机工作原理框图
3 控制舵机用多路 PWM 波产生及其在舞蹈 机器人“酷狗 ”中的应用
3. 1 舞蹈机器人“酷狗 ”控制系统简述 图 3给出了舞蹈机器人“酷狗 ”的控制系统结
构框图 ,可以看出该系统是一个典型的集中式控制 方式 ,单片机作为控制的核心部分 ,除了完成人机交 互 、与外界主站的无线通讯及检测外界信息外 ,还产 生 14路 PWM 波用于电机的控制 ,其中 2路用于直 流电机控制 , 12路用于舵机的控制 。
图 4 多路 PWM 波产生原理图
3. 3 软件设计 图 5给出了产生 32路 PWM 波的程序流程图 ,
PA、PB、PC、PD 的 32个端口均为 PWM 波输出口 , 8 位定时器 0用来产生 5μs的基准脉冲 。
图 3 “酷狗 ”控制系统结构框图
3. 2 多路 PWM 波产生机理 本文 以 ATM EL 公 司 生 产 的 增 强 R ISC 内 载
多路 PWM 波产生机理如图 4 所示 。首先 ,说 明一下程序中用到的两种软件计数器 :一种是脉冲 周期计数器 ,计数基准为 5μs, 20 m s对应的计数值 就是 20 ×1000 /5 = 4000;另一种是各通道的脉冲宽 度计数器 ,计数基准与周期计数器相同 ,也是 5 μs。
图 5 程序流程图
Flash的高性能 8位单片 AT90S8515为主控芯片 ,晶 振频率取值 20 MHz,每条指令执行时间0条指令足以完成所 有比较工作 。舵机选用高力矩伺服电动机 。为了不 失通用性 ,取控制脉冲周期 T = 20 m s,脉宽 0. 5 ～ 215 m s ,对应于 0～180°的转角 。
臂的二极管和外加能量回馈三相整流二极管形成的 号 ,从而估算电机转速 、判断转向和等电势点 ,确定
桥式不可控整流电路输出至低压蓄电池 。这样不断 正确换相时刻和换相逻辑 ,实现无位置传感器控制 。
循环工作可以达到最简单的不可控能量回馈 。
同时利用电机的可逆原理提出了高低压蓄电池实现
由于采用发电机能量既可以向低压蓄电池充 能量回馈的不可控整流方法 ,并利用扼流电抗器实
收稿日期 : 2004 - 11 - 22
28
改稿日期 : 2004 - 12 - 23
图 1 舵机内部结构
微特电机 2006年第 2期
D 驱r动viea控nd制control 图 2给出了舵机工作原理框图 ,图中可以看出 , 软件开始时 ,给周期计数器及各通道的脉冲宽度计
单 片
其中 , Cycle_Data为周期计数器 , Pluse [ i ]对应
机 控
32通道的脉宽计数器 , T_flag为 5μs定时时间到标志 。 制
为了不降低产生控制脉冲的精度 ,定时器 0 溢
的 多
出中断服务程序中 ,仅放置了重新置数和给标志位
路 舵
置位两条指令 ,所有处理程序均放入产生 PWM 的
摘 要 :给出了一种新颖的利用 AVR 单片机产生多路 控制舵机用 PWM 波的方法 ,利用硬件定时 ,软件计数相结 合的方法 ,在不增加任何硬件接口的前提下 ,实现了多达 32 路 PWM 波的输出 。该方法取代了传统的使用分立元件产 生 PWM 波的方法 ,大大减少了分立元器件数目及电路连 线 ,改善了系统可靠性 ,提高了控制精度 ,并成功应用于 14 自由度舞蹈机器人“酷狗 ”控制系统中 。
本文给出了一种新颖的利用 AVR 单片机产生 多路 PWM 波的方法 ,同时具备了文献 [ 4, 5 ]方法的 优点 ,输出高达 32路 ,成本低 ,性能稳定 ,并成功应 用于实践 。
2 舵机构造及工作原理
从图 1可以看出 ,舵机主要是由外壳 、一个小型 直流电动机 、一组减速齿轮 、一个用于转角位置检测 的电位器和一块控制电路板所构成 。其中 ,高速转 动的直流电动机提供了原始动力 ,经减速齿轮组减 速后 ,通过输出轴对外提供高的力矩 ,齿轮组的减速 比愈大 ,伺服电动机的输出力矩也就愈大 。