实例：单片机控制舵机

舵机在航模、车模等模型上被广泛使用，舵机可以通过联轴器、连杆等辅助件完成精确的角度控制。本例中使用的舵机型号为HG14-M，舵机的实物和运动协议如图11-18所示。

图11-18 舵机的实物和运动协议

这种舵机的核心器件是直流电动机和减速器。对舵机转角的控制是通过可变占空比的（PWM）信号控制实现的。舵机运动时可以外接较大的转动负载，输出转矩较大，而且抗抖动性很好，电位器的线性度较高，达到极限位置时也不会偏离目标。在本节中将给出舵机角度控制的实例，并结合Proteus进行仿真。

1.HG14-M舵机的位置控制方法

舵机的转角可达到185°，由于采用8位CPU控制，所以控制精度最大为256份。目前经过实际测试和规划，分了250份。将0～185°分为250份，每份0.74°，即舵机的控制精度为0.74°。

控制所需的PWM宽度为0.5～2.5ms，宽度2ms。2ms÷250=8μs，即PWM的控制精度为8μs。

舵机的转角为185°，分为250个位置，每个位置称为1DIV，250DIV=2ms。N为整数，则有图11-19。

2.单舵机调速测试

PWM波形如图11-20所示。

（1）测试内容

1）将后部下降沿的时间拉至30ms没有问题，舵机照样工作。

2）将后部下降沿的时间拉至10ms没有问题，舵机照样工作。

3）将后部下降沿的时间拉至2.6ms没有问题，舵机照样工作。

4）将后部下降沿的时间拉至500μs没有问题，舵机照样工作。

（2）测试结果 实践检验出下降沿时间参数可以做得很小，目前实验降至500μs，依然工作正常。其原因如下。

1）舵机电路自动检测上升沿，遇上升沿就触发，以此监测PWM脉宽“头”。

2）舵机电路自动检测下降沿，遇下降沿就触发，以此监测PWM脉宽“尾”。

3.舵机联动单周期PWM指令算法

图11-19 舵机的转角

图11-20 PWM波形

（1）控制要求 要求同时发给8个舵机位置目标值，该指令的执行周期尽量短。

从P0.0、P1.0到P2.024个接口，单DIV循环的最小时间只有8μs，所以串行运算是不行的，那么就采用并行运算。目前采用的并行算法是P0.0～P0.7为一个基本单位。

实际案例：P1接口的8个位置各不相同，见表11-6。

表11-6 P1接口的8个位置

注意：N为整数，依照表11-6看出，由于整数原因，定位不能实现的有45°、60°等。

（2）8路PWM信号发生算法解析 预计将整个周期控制在3.5～5ms内；P1接口对应的时间如图11-21所示，P1接口的8个接口在不同时间产生下降沿。由表11-6可知：P1.5接口的N为125，那么就需要在125个DIV后产生下降沿，时间为（125×8μs=1000μs）。

其中有2个关键参数：①时间参数N=125；②逻辑参数P1.5=#0DFH。

逻辑参数的定义如下，采用＆指令，操作P1接口，见表11-7。

图11-21 P1接口对应的时间

表11-7 P1接口逻辑参数表

具体的程序操作如下：

1）开3.5ms定时中断。

2）取出8个接口（P1.0～P1.7）的位置值，也就是8个N值，并赋予相应的接口逻辑参数。

3）将这8个值由大到小排列，相应接口的逻辑参数值也随着N的顺序排列，一一对应。(www.xing528.com)

4）将N值做减法，求得：

M1=N1

M2=N2-N1

M3=N3-N2

M4=N4-N3

M5=N5-N4

M6=N6-N5

M7=N7-N6

M8=N8-N7

5）取出M1，延时M1×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M2，延时M2×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M3，延时M3×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M4，延时M4×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M5，延时M5×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M6，延时M6×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M7，延时M7×DIV，＆相应的逻辑参数；

取出M8，延时M8×DIV，＆相应的逻辑参数；

6）8个接口的下降沿全部产生完毕，等待一定的T_w值，或等待3.5ms中断的到来。

7）中断到来后，清理中断标志，然后结束该程序。

注意：在进行逐个排序延时的过程中，CPU要取出M1、M2、M3…M8，那么会有1个取数指令周期，当CPU采用12MHz时，取数指令周期为1μs。最终应该在第8个延时，即M8时扣除掉，具体指令参见指令集。

4.应用电路

由于舵机内部采用集成电路，一般情况下可由单片机接口直接控制。如有特殊要求可采用光耦隔离的方法控制，此时应选择高速光耦。舵机控制电路如图11-22所示。电路中R、L、C三个按钮的功能分别为顺时针转动逆时针转动和回中位。

图11-22 舵机控制电路

5.程序设计

（1）程序功能 主程序循环采集功能键状态，进而控制舵机的转动。

注意：在仿真时Proteus中只有一种舵机模型，双击舵机图标会出现属性对话框，根据舵机参数在其中主要设置最小控制脉冲时间（Minimun Control Pulse）和最大控制脉冲时间（Maximun Control Pulse）即可。如图11-23所示。

（2）程序流程图 舵机控制流程如图11-24所示。

（3）参考程序

图11-23 舵机仿真设置

图11-24 舵机控制流程图

汇编参考程序：

；通过按键，改变单片机输出脉冲宽度，使舵机在-90°～+90°间转动。