51单片机:SG90舵机的控制

文章目录

  • 前言
  • 一、SG90舵机模块简介
  • 1.舵机简介
  • 2.模块参数
  • 3.模块工作原理
  • 二、硬件设计
  • 1.硬件准备
  • 2.硬件连接
  • 三、软件设计
  • 1.main.c文件
  • 四、实验现象
  • 联系作者

  • 前言

    本章将向大家介绍SG90舵机模块使用,通过本章的学习,让大家能快速上手51单片机应用开发


    一、SG90舵机模块简介

    1.舵机简介

    舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机只是一种通俗的叫法,其实质是一个伺服马达。舵机主要分为模拟舵机和数字舵机。模拟舵机:需要不断的发送目的地PWM信号,才能旋转到指定位置。例如:我现在让它旋转90度,我就需要不断的发送90度的PWM信号直到到达指定位置才能停止。数字舵机:只需给一个目的地PWM信号,即可旋转到指定位置。例如:我现在让它旋转90度,我只需要发送一次90度的PWM信号,它就可以旋转到90度。
    SG90模拟舵机在市面上十分常见,价格也比较便宜。常用于航模,机器人或智能小车等。如下图所示:

    一个舵机有三条线:VCC(红线)、GND(棕色线)和信号线(橙色线)。只要通过信号线给予规定的控制信号即可实现舵机码盘的转动。


    2.模块参数

    (1)模块主要电气参数
    使用电压:4.8V-6V
    尺寸:221.5mmX11.8mmX22.7mm
    重量:9g
    无负载速度:0.12S/60度(4.8V)
    堵转扭矩:1.2-1.4公斤/cm(4.8V)
    使用温度:-30~+60摄氏度
    死区设定:7us
    高精度 可达0.2cm
    (2)模块引脚
    一个舵机有三条线:VCC(红线)、GND(棕色线)和信号线(橙色线)。只要通过信号线给予规定的控制信号即可实现舵机码盘的转动。


    3.模块工作原理

    舵机内部有一个基准电压,微处理器产生的PWM信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压,与舵机内部的基准电压作比较,获得电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片上,从而决定正反转。当舵机开始旋转的时候,舵机内部通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为零,电机停止转动。
    我们无需了解其内部构造,只需知道如何通过PWM控制其转动即可。
    ①我们需要使用单片机产生周期为20ms,高电平t等于0.5ms-2.5ms之间的这样一个方波。可以使用定时器+中断产生这样的方波。波形如下所示:

    高电平在一个周期(20ms)的持续时间对应的舵机角度,如下图所示:

    ②简单讲一下编程思想,我所使用的是方法是定时器+中断,定时器每0.5ms中断一次,需要中断40次才能达到20ms。我们此时需要一个全局变量来记录中断的次数,当中断达到40次时,全局变量重新清零。当中断次数小于a时,信号线输出高电平,否则输出零。此时a的值对应关系如下(1–0度,2–45度,3–90度,4–135度,5–180度)。
    该方法在基础实验DAC实验已经讲解,其实就是产生PWM,通过控制PWM占空比来控制舵机旋转角度。


    二、硬件设计

    1.硬件准备

    本实验所需要的硬件资源如下:
    ①普中51开发板1个
    ②SG90舵机模块1个
    ③USB线1条(用于供电和程序下载)


    2.硬件连接

    接线说明:SG90舵机模块–>单片机IO
    橙色(信号线)–>P21
    红色(电源正)–>5V
    褐色(电源负)–>GND

    	  独立按键模块-->单片机IO
    	  K1-->P31
    	  K2-->P30
    


    三、软件设计

    本实验程序是在开发板基础实验“LCD1602液晶显示实验”基础上修改,在App文件夹内新建了key、pwm文件夹用于存放按键和PWM相关的驱动程序,在该文件夹内均新建了2个文件,一个.c源文件和一个.h头文件。将该文件添加到App工程组中,并添加对应头文件路径,这些操作如果不会请看基础实验视频教程,此处不再重复。添加好的工程如下所示:

    key.c是独立按键实验相关代码,PWM是DAC实验代码,我们仅对SG90舵机控制相关代码进行讲解,其它代码看基础实验教程。


    1.main.c文件

    main.c文件比较简单,就是将前面的功能代码进行整合。如下:

    /**************************************************************************************
    实验名称:SG90舵机实验
    接线说明:SG90舵机模块-->单片机IO
    		  橙色(信号线)-->P21
    		  红色(电源正)-->5V
    		  褐色(电源负)-->GND
    
    		  独立按键模块-->单片机IO
    		  K1-->P31
    		  K2-->P30
    		  	
    实验现象:下载程序后,按下K1键控制舵机正转,按下K2键控制舵机反转
    注意事项:																				  
    ***************************************************************************************/
    #include "public.h"
    #include "key.h"
    #include "pwm.h"
    
    /*******************************************************************************
    * 函 数 名       : main
    * 函数功能		 : 主函数
    * 输    入       : 无
    * 输    出    	 : 无
    *******************************************************************************/
    void main()
    {	
    	u8 key=0;
    	u8 duty_value=0;
    
    	pwm_init(0XFE,0X33,40,duty_value);//定时时间为0.5ms,PWM周期是40*0.5ms=20ms,初始占空比为0ms
    	
    	while(1)
    	{
    		key=key_scan(0);
    		if(key==KEY1_PRESS)	
    		{
    			if(duty_value<=3)
    				duty_value+=1;//以0.5ms步进递增45度
    			pwm_set_duty_cycle(duty_value);
    		}
    		else if(key==KEY2_PRESS)
    		{
    			if(duty_value>=1)
    				duty_value-=1;//以0.5ms步进递减
    			pwm_set_duty_cycle(duty_value);
    		}				
    	}	
    }
    

    在main函数中,首先调用pwm_init(0XFE,0X33,40,duty_value)函数,将定时器0中断时间设置为0.5ms,即每0.5ms进入一次中断,PWM周期为400.5ms=20ms。占空比通过变量duty_value改变,初值为0,此时舵机默认为0度。然后进入while循环中,检测K1和K2键是否按下,若K1键按下,duty_value加1,即以0.5ms为步进增加,且修改占空比值,此时舵机也以45度修改,最大增加到4,即2ms高电平(445度=180度,和理论中高电平时间对应角度有偏差,但依然是180度旋转)。若K2键按下,duty_value减1,即以0.5ms为步进递减,且修改占空比值,此时舵机也以45度修改,最小减到0。


    四、实验现象

    B站演示视频:https://space.bilibili.com/444388619


    联系作者

    B站演示视频:https://space.bilibili.com/444388619
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