舵机测试报告

舵机测试报告

经过这段时间对舵机的测试，我现在将测试舵机的一些成果和心得记录下来。以下未必是舵机可能出现的所有问题，但已经可以对实验室现有的舵机进行充分利用。

一、舵机的原理

控制信号由接受通道进入调制芯片，获得直流偏置电压。它内部含有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准电压，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压输出。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，使得电压为0，电机停止转动。

以180°角度舵机为例，舵机的控制需要制作20ms周期的时基脉冲，用以和舵机内部基准电压作比较，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms到2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以1.5ms为0°标定，即0.5ms为-90°，1.0ms为-45°，1.5ms为0°，2ms为45°，2.5ms 为90°。但实际舵机大部分并非180°范围，这里使用180°范围是为了方便举例，建议实际使用时角度控制为0°范围正负60°内，即120°范围内使用舵机。

很多舵机的位置等级有1024个，如果舵机的有效角度范围为180°，其控制的角度精度可以达到180°/1024约为0.18°，即要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。由于单片机采用定时器中断模拟PWM信号输出，单片机无法达到2us的控制精度，本报告采用

两种单片机，控制角度精度为别达到9°和0.9°，稍后会有介绍二、舵机控制PWM脉宽调制值的设定

设所选单片机的晶振频率为fosc，AT89S52单片机机的T=12/fosc，定时器中断采用方式2,8位自动重装定时器，定位100us 中断一次，初值等于100/T。在定时器中断服务程序中使用两个全局变量，一个变量控制高电平时间，一个变量控制低电平时间，两个变量的和为20*1000/100=200，控制PWM脉宽即控制这两个变量的值。

三、使用单片机控制舵机

选用AT89S52单片机，因为此款单片机应用较为广泛。当接好电路后，舵机可以正常工作，但是转动时存在一定的抖动问题，转动后舵机的旋叶总是产生轻微的晃动。预想可能是由于舵机控制的角度精度仅为9°，对于舵机内部参数的计算有很大影响。而且舵机也达不到预想的程度，转动控制范围很不理想。所以弃用此款单片机，改用工作频率更高的STC12C5A56S2单片机。

STC12C5A56S2单片机时钟周期=机器周期，比传统8051系列单片机快12倍，可以满足要求。但需要注意的是，STC12C5A56S2单片机由于全面兼容传统8051系列单片机，要使之工作在时钟周期=机器周期的工作状态下，需设置其中的特殊功能寄存器AUXR，其字节地址为8EH，详细说明参见此款单片机的使用手册。

根据此款单片机调整程序后，舵机控制的角度精度达到了0.9°，满足了使用要求，并留有一定裕度，根据具体需要，可使精度达到0.45°以内。

四、关于舵机抖动问题的分析及解决方法

①控制信号的驱动电流太小

分析：舵机空载时，其电流需求为20mA左右，带负载转动时，电流需求可达到上百mA，所以尽量不要使用单片机的IO口线直接驱动。解决方法：使用时，将IO口线接上拉电阻驱动，或采用三极管驱动，具体电路不在此做详细介绍。

②电源电压或容量不够

分析：当独立电源带多个舵机或电机时，容易使舵机产生抖动，工作状态不正常。

解决方法：尽量选用大容量电源，或使用多个电源分别对不同负载供电，这种问题发生时时常伴有第一种情况，所以采用三极管放大电流信号也是可取的，但需要注意，如采用多电源分别供电时，电源与单片机之间要共地。

③舵机脉宽变化太大太快，导致舵机跟不上脉宽变化

分析：一般舵机的速度大约在60°每200ms左右，所以要注意脉宽不要变化太快。

解决方法：在程序中，应使角度逐步变化，最好在启动后和停止前加入加减速程序，这样可以时舵机转动更加平稳，同时要在脉宽变化后采用必要且合理的延时。

五、做舵机测试后的一些心得

做整个舵机的测试做的很长时间，其中也发现了我自己身上的很多问题。主要是表现在两个方面，一是在执行力上有所欠缺，任务布

置下来很长时间才完成，即是在做东西时缺乏一步到底的精神，也是由于第一次独立完成问题，很多事情不是想想就可以做到，需要一步一步的去做，有的时候自己认为剩下的东西已经很简单很轻松了，三下两下就可以完成却没有继续将之完成，当过后在做的时候不但要重新理头绪接上前面的问题，还要在后面的任务中耽误很多时间，这样产生了接到任务却花费了很长时间才完成情况。二是以前学习的C 语言基础还需要继续深化，很多时候程序的整体逻辑明明没有问题，可是实际效果却完全没有显示出来。问题就是出在对于C语言的基本功掌握的还不扎实。对于这些问题，在今后的学习实践中我会认真改正，任务绝对不能拖拉，而且做东西不可以盲目，但一定要坚持，今天多做一点代表着会有更多的时间做下面的任务，代表着可以早点将整个任务完成。同时还要继续深化所学到的知识，所谓学无止境，永远不要以为得到点皮毛就是真正掌握了其中的精髓，无论在写程序还是在平时的生活中要时刻保持着严谨的态度，达到我所会我使用时就不会有问题的自信。

对于以后进入实验室的同学，我留下一些我对实验室测试与设计时出现问题的理解，问题分为硬件和软件两个方面。硬件方面要保证硬件连接的准确无误，在连接硬件时要小心谨慎，连接好电路后要详细检查后方可通电。软件方面要深化基本功，保证语句语法没有毛病，有时一些没注意到的小细节可能影响全局，可能要找很长时间才能找到问题所在，不必要的浪费了很多时间，对于C语言的基本定义必须做到万无一失。

以上这些就是我在做舵机测试时所得到的东西，希望对实验室的同学们能够有所帮助。

徐白璐

2011.3.23