单片机控制舵机仿真_为什么用51单片机控制舵机,连的io口多了,舵机就不动了 - CSDN
  • proteus 仿真 单片机 舵机控制仿真单片机 型号AT89C52
  • 单片机控制舵机

    2019-06-08 16:47:56
    通过按键控制MCU输出不同占空比的PWM信号来控制舵机旋转不同角度; 同时在LCD1602实时显示当前舵机的角度。 仿真原理图如下: C语言代码如下: /*----------------------------- FileName: Servo.h Function...

    项目描述:
    通过按键控制MCU输出不同占空比的PWM信号来控制舵机旋转不同角度;
    同时在LCD1602实时显示当前舵机的角度。
    仿真原理图如下:
    在这里插入图片描述
    C语言代码如下:

    /*-----------------------------
    FileName: Servo.h
    Function:头文件
    Author: Zhang Kaizhou
    Date: 2019-6-7 13:52:49
    ------------------------------*/
    #include <reg52.h>
    #include <string.h>
    #define uchar unsigned char
    #define uint unsigned int
    #define PERIOD 40 // 定时40次,周期为20ms
    	
    /*主控模块的端口定义*/
    sbit angleAdd = P1^3;
    sbit angleDecrease = P1^4;
    sbit servoPWM = P3^1;
    
    /*LCD1602显示模块端口定义*/
    sbit lcdrs = P1^0;
    sbit lcdrw = P1^1;
    sbit lcden = P1^2;
    
    /*主控模块函数声明*/
    void timer0Init();
    void keyScan();
    
    /*LCD1602显示函数声明*/
    void LCDInit();
    void displayInit();
    void display(uchar dat);
    void writeCommand(uchar command);
    void writeData(uchar angle);
    void delay(uchar xms);
    
    /*-----------------------------------------------------
    FileName: main.c
    Function: 单片机控制舵机
    Description: 按键控制单片机输出不同占空比的PWM信号
    控制舵机在0 ~ 360度范围内进行旋转;旋转的单位角度为45度
    Author: Zhang Kaizhou
    Date: 2019-6-7 13:50:21
    ------------------------------------------------------*/
    #include "Servo.h"
    
    uchar angle = 1; // 初始角度默认为0度
    uchar count = 0; // 初始定时次数为0次
    
    void main(){
    	timer0Init();
    	LCDInit();
    	displayInit();
    	while(1){
    		keyScan();
    		display(angle);
    	}
    }
    
    /*定时器0初始化函数*/
    void timer0Init(){
    	TMOD = 0x01; // timer0 工作方式一(16位定时器)
    	EA = 1; // 开全局中断
    	ET0 = 1; // 开C/T0溢出中断允许
    	TH0 = (65536 - 500) / 256; // 装初值(定时器0定时0.5ms,晶振12MHz)
    	TL0 = (65536 - 500) % 256;
    	TR0 = 1; // 启动定时器0
    }
    
    /*定时器0溢出中断服务程序*/
    void timer0Service() interrupt 1{
    	TH0 = (65536 - 500) / 256;
    	TL0 = (65536 - 500) % 256;
    	if(count < angle){
    		servoPWM = 1;
    	}else if(count < (PERIOD - angle)){
    		servoPWM = 0;
    	}
    	count++;
    }
    
    /*键盘扫描函数*/
    void keyScan(){
    	if(!angleAdd){ // 角度加键按下
    		delay(5);
    		if(!angleAdd){
    			if(angle < 9){ // 角度小于最大旋转角
    				while(!angleAdd); // 等待按键释放
    				angle++; // 角度加1
    			}else{ // 角度大于等于最大旋转角
    				while(!angleAdd);
    				angle = 9; // 保持最大旋转角
    			}
    		}
    	}
    	if(!angleDecrease){ // 角度减键按下
    		delay(5);
    		if(!angleDecrease){
    			if(angle > 1){ // 角度大于0度时减1个档位
    				while(!angleDecrease);
    				angle--;
    			}else{ // 角度为0度时保持最小旋转角
    				while(!angleDecrease);
    				angle = 1;
    			}
    		}
    	}
    }
    
    /*-----------------------------
    FileName:display.c
    Function: LCD1602显示函数
    Author: Zhang Kaizhou
    Date: 2019-6-7 13:52:11
    ------------------------------*/
    #include "Servo.h"
    
    uchar code table0[] = {"Servo Info"}; // 每行的字符数据
    uchar code table1[] = {"Angle:"};
    uchar code table2[][10] = {"000", "045", "090", "135", "180", "225", "270", "315", "360"};
    
    /*初始化LCD1602的设置*/
    void LCDInit(){
    	lcden = 0; // 拉低使能端,准备产生使能高脉冲信号
    	writeCommand(0x38); // 显示模式设置(16x2, 5x7点阵,8位数据接口)
    	writeCommand(0x0c); // 开显示,不显示光标
    	writeCommand(0x06); // 写一个字符后地址指针自动加1
    	writeCommand(0x01); // 显示清零,数据指针清零
    }
    
    /*LCD上电界面*/
    void displayInit(){
    	uchar i;
    	writeCommand(0x80); // 将数据指针定位到第一行首
    	for(i = 0; i < strlen(table0); i++){
    		writeData(table0[i]);
    		delay(5);
    	}
    	
    	writeCommand(0x80 + 0x40); // 将数据指针定位到第二行首
    	for(i = 0; i < strlen(table1); i++){
    		writeData(table1[i]);
    		delay(5);
    	}
    }
    
    /*LCD显示函数*/
    void display(uchar angle){
    	uchar i;
    	writeCommand(0x80 + 0x40 + strlen(table1));
    	for(i = 0; i < strlen(table2[angle - 1]); i++){
    		writeData(table2[angle - 1][i]);
    		delay(5);
    	}
    }
    
    /*写指令函数*/
    void writeCommand(uchar command){
    	lcdrs = 0; // 命令选择
    	lcdrw = 0;
    	P0 = command;
    	delay(5);
    	
    	lcden = 1; // 产生一个正脉冲使能信号
    	delay(5);
    	lcden = 0;
    }
    
    /*写数据函数*/
    void writeData(uchar dat){
    	lcdrs = 1; // 数据选择
    	lcdrw = 0;
    	P0 = dat;
    	delay(5);
    	
    	lcden = 1;
    	delay(5);
    	lcden = 0;
    }
    
    /*延时函数*/
    void delay(uchar xms){
    	uint i, j;
    	for(i = xms; i > 0; i--)
    		for(j = 110; j > 0; j--);
    }
    
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  • 51单片机舵机控制

    2019-10-29 20:39:00
    51单片机舵机控制系统概述硬件设计程序设计 概述 在这篇博客中,将介绍一个基于51单片机的舵机控制系统,其可以通过矩阵按键输入角度,舵机打到预定角度,并在数码管上显示。 硬件设计 这次的小系统电路都由洞洞...

    概述

    在这篇博客中,将介绍一个基于51单片机的舵机控制系统,其可以通过矩阵按键输入角度,舵机打到预定角度,并在数码管上显示。

    硬件设计

    这次的小系统电路都由洞洞板搭建,主要包括51单片机最小系统,矩阵按键,数码管驱动和舵机四个部分。Protues仿真电路图如下
    在这里插入图片描述

    • 数码管驱动
      仿真测试程序数码管时可以直接用IO口驱动,但是实物搭建电路需要再接驱动电路,这次选择了74HC245芯片来驱动。这款芯片使用非常简单,在驱动显示屏,做隔离芯片时应用都非常多。它有A0-A7,B0-B7两组输入输出口,可以DIR管脚选择数据传输方向,在使用时如果不需要转换传输方向可以直接将此管脚接到芯片VCC或者GND。
      在这里插入图片描述

    • 矩阵按键
      4*4的矩阵按键每一行每一列接在一个口上,通过行列扫描确定哪一个按键被按下,也就是导通。

    • 舵机
      舵机一般分为数字舵机和模拟电机。它们都由马达,减速齿轮组和控制电路组成。主要区别是数字电机有微处理器和晶振,能产生一周期为20ms,占空比为7.5%(即1.5ms高电平)的基准信号,通过输入与信号比较确定打角。而模拟电机则通过电位器产生的差分电压驱动电机正反转从而改变角度。这次选用的是SG90 180度的模拟舵机,价格低,带动一个激光头绰绰有余。通过单片机输出的周期为20ms的PWM波控制,在宽度从0.5ms到2.5ms,每一个占空比对应一个角度,示意图如下
      在这里插入图片描述

    程序设计

    PWM波的产生

    在51单片机中,没有可以直接调用产生PWM波的底层库,需要自己用定时器写。一般产生PWM波能用两个定时器写,每一个定时器只固定拉高或者拉低,靠时间差确定周期。也可以只用一个定时器写,通过改变装载值来反复改变电平。以下详细说明用一个定时器写的方式,另外一个定时器空余出来可以实现更多功能。
    一个定时器产生PWM波需要两组装载值,分别控制高低电平时间。设置一个全局变量作为中断标志位确定用哪一组装载值,拉高还是拉低电平,每一次进入中断后改变标志位的值。舵机180度对应每周期高电平时间0.5到2.5ms,可调范围2ms,用12M晶振时也就是2000个机器周期长,得到装载值与角度关系系数为11.11,取11,再加0.5ms对应的500个机器周期,就能得到角度与高电平对应值的关系。
    机器周期数=角度*11+500
    *周期20ms减去高电平时间就能换算出低电平对应装载值。*如果想要更精确,系数和对应值可以用浮点型,在最后计算装载值时再强制转换成整型。
    把这段程序单独贴出来

     /*******************************************************
     装载值计算函数
    *******************************************************/
     void zhuang(u8 jiaodu)
     {
       u16 zhuangza; //高电平对应机械周期数
       zhuangza=jiaodu*11+500;  //2000/180=11.11  
       H1=  (65536-zhuangza)/256; 
       L1 = (65536-zhuangza)%256;
       H2 = (45536+zhuangza)/256;//65535-(2000-高电平值)
       L2 = (45536+zhuangza)%256;
     }
     
    /*******************************************************
    定时器1中断服务函数
    *******************************************************/
    void Time1(void) interrupt 3    
    {
     if(servoflag==0) //中断标志位
     {
     TH1 = H1; 
     TL1 = L1;   
     PWM=1;
     servoflag=1;
     }
     else if(servoflag==1)
     {
     TH1 = H2; 
     TL1 = L2;   
     PWM=0;
     servoflag=0;
     } 
    }    

    矩阵按键功能与数码管显示参数传递

    矩阵按键前10个值分别对应0到9。10为确定键,按下后在主函数中将按键读到的几个一位数转换成角度,传给装载值计算函数,改变PWM波占空比,舵机打到对应角度。另外设计了11,12,13三个键,按下后能使舵机直接打到程序预定好的角度。相应按键功能分配在主函数中。具体程序不再赘述。
    为了使输入多位数时能正确显示,让数码管的每一位固定显示个、十、百位,对应数组的四个元素,初值不显示,输入低位后,接受按键值的元素移向高位。

    完整程序

    #include "reg52.h"
    
    typedef unsigned int u16;   
    typedef unsigned char u8;
    
    sbit LA=P2^4;     //数码管位选
    sbit LB=P2^1;
    sbit LC=P2^2;
    sbit LD=P2^3;
    sbit PWM=P2^5;   //PWM输出口
    u8 code smgduan[17]={0x3f,0x06,0x9b,0x8f,0xA6,0xAd,0xBd,0x07,0xBf,
    0xAf,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
    //0到9,大于9不显示
    u8 f=0; 
    static u8 jiaodu=0; //角度
    u8 keyflag,servoflag;  //按键标志位,中断标志位
    u8 H1=0xFA,L1=0x24,H2=0xB7,L2=0xBC;  //两组装载值
    u16 zhuangzai;    
    u8 w[4]={16,16,16,16};   //按键输入值保存数组,初值16不显示
    u8 KeyValue;  //按键值
    /*******************************************************
    延时函数
    *******************************************************/
    void delay(u16 i)
    {
     while(i--); 
    }
    /*******************************************************
    定时器1初始化
    *******************************************************/
    
    void Timer1Init()
    {
     TMOD|=0X10;
     
     TH1 = 0xFC; 
     TL1 = 0x18;
     ET1=1;   
     EA=1;
     TR1=1; 
    }
    /******************************************************
    装载值计算函数
    *******************************************************/
    void zhuang(u8 jiaodu)
     { 
      u16 zhuangza;
     zhuangza=jiaodu*11+500;  //高电平对应值与角度换算
      H1=  (65536-zhuangza)/256; //H,L分别是装载值高、低8位
     L1 = (65536-zhuangza)%256;  //1是高电平装载值,2是低电平装载值
     H2 = (45536+zhuangza)/256;
     L2 = (45536+zhuangza)%256;
    }
    /*******************************************************
    数码管动态扫描
    *******************************************************/
    void DigDisplay()    
    {
     u8 i;
     for(i=0;i<4;i++)
     {
      switch(i)  
      {
       case(0):
        LA=0;LB=1;LC=1;LD=1; P0=smgduan[w[0]];break;
       case(1):
        LA=1;LB=0;LC=1;LD=1; P0=smgduan[w[1]];break;
       case(2):
        LA=1;LB=1;LC=0;LD=1; P0=smgduan[w[2]];break;
       case(3):
        LA=1;LB=1;LC=1;LD=0; P0=smgduan[w[3]];break;
      } 
      delay(10);  
      P0=0x00;
    //  delay(100);   //不加亮度更高
     }
    }
    /*******************************************************
    矩阵按键扫描
    *******************************************************/
    void KeyDown(void)
    {
     char a=0;
     P1=0x0f;
     if(P1!=0x0f)
     {
      delay(1000);//消抖
      if(P1!=0x0f)
      { 
       keyflag=1;
       //测试列
       P1=0X0F;
       switch(P1)
       {
        case(0X0e): KeyValue=0;break;
        case(0X0d): KeyValue=1;break;
        case(0X0b): KeyValue=2;break;
        case(0X07): KeyValue=3;break;
       }
       //测试行
       P1=0XF0;
       switch(P1)
       {
        case(0Xe0): KeyValue=KeyValue;break;
        case(0Xd0): KeyValue=KeyValue+4;break;
        case(0Xb0): KeyValue=KeyValue+8;break;
        case(0X70): KeyValue=KeyValue+12;break;
       }
       while((a<50)&&(P1!=0xf0))  //松手检测
       {
        delay(1000);
        a++;
       }
      }
     }
    }
    /*******************************************************
    主函数
    *******************************************************/
    void main()  
    {
     u8 i=0;
     Timer1Init();  //定时器1初始化
     while(1)
     {
      DigDisplay();
      KeyDown();
      if(keyflag==1)
      {
       w[i]=KeyValue;
          i++;
       keyflag=0;
      }
      if(KeyValue==10)    //确定键
      {
       for(i=0;w[i]<10;i++)
        jiaodu=jiaodu*10+w[i];
       zhuang(jiaodu);
       jiaodu=0;
      }
      if(KeyValue==12)
      {
       zhuang(87);      //特定角度
      }
      if(KeyValue==13)
      {
       zhuang(97);
      }
       if(KeyValue==14)
      {
       zhuang(109);
      }
     }  
    }
    /*******************************************************
    定时器中断服务函数
    *******************************************************/
    void Time1(void) interrupt 3    
    {
     if(servoflag==0) 
     {
     TH1 = H1; 
     TL1 = L1;   
     PWM=1;
     servoflag=1;   //改变值,下次进入中断用另一组装载值
     }
     else if(servoflag==1)
     {
     TH1 = H2; 
     TL1 = L2;   
     PWM=0;
     servoflag=0;
     } 
    }

    外加模块

    为了增加系统的趣味性,可以在舵机上安装激光头,距离一定距离放置三个目标靶,将其角度写入程序,则可以通过特定按键打靶。还可以在目标靶上增加指示电路,是激光打到靶后指示灯亮,可以通过光敏电阻的简单电路实现。

    展开全文
  • 舵机、使用51单片机的定时器中断实现PWM

    SCU 的电子信息学院的某个社团会每年举办船模大赛。




    因为去年的船模比赛时候懒,所以就买了成品的遥控器(天地飞6)来参赛,控制自己制作的遥控船上面的电调和舵机。最近有心情想在今年的船模比赛中自己制作遥控器,先从第一步开始吧:使用单片机来控制舵机(控制电调的原理类似)。

    0x01.什么是舵机?

            其实舵机就是一种伺服电机,根据要求旋转一定的角度,在我看来,知道这些就够了~~

    0x02.舵机有什么用?

            就拿模型来说吧,船要转弯的话,可以采用的一种方式就是改变船后面舵片的角度来改变两侧对水的阻力,以此来让船转向,这个也是舵机一词的由来。

    0x03.怎么控制?

            PWM波,这是什么东西呢?其实就是一种方波,其频率为50Hz,周期就是20ms,在每个周期里面,高电平的占空比在0.5ms到2.5ms之间。而0.5ms代表的是0度,2.5ms代表的是180度。其他的度数可以直接按照比例换算过去*(这个有点想ARDUINO里面的map函数的意思)

    0x04.如何实现PWM?

            实现脉冲宽度调制波有很多种方法,很多单片机已经有“原生支持”的pwm输出引脚,用来输出pwm波形。

            我采用比较土的一种方法,如下图:

    就用这玩意输出了,他是STC公司生产的89C52RC型号的单片机,内核是51单片机,运用其中的定时器中断方式输出pwm波。


    0x05.实现效果

           是用单片机的P2^7引脚输出PWM波形,使用P2^4,P2^5引脚操作独立按键来控制舵机的角度


    使用KEIL 4平台,代码如下:

    主函数:



    // GYZ
    // 1路PWM波形输出,可以控制舵机和电调
    
    #include<reg52.h>
    
    //引脚位定义
    sbit key1 = P2^5;
    sbit key2 = P2^4;  //独立按键引脚
    sbit pwm1 = P2^7;
    
    //全局变量定义 
    unsigned int target =6,percent = 0;
    
    // 头文件包含
    #include<Timer.h>
    #include<interrupt.h>	
    #include<key.h>
    
    //函数声明
    void Timer0Initial();
    void initial_Timer();
    void delay(unsigned int x);
    void keyscan();
    
    
    void main()
    {
    	initial();
    	while(1)
    	{
    		keyscan();
    	}
    }


    独立按键扫描

    key.h

    void keyscan()
    {
    	if(key1 == 0)
    	{
    	delay(3);
    	if(key1 == 0)
    	{
    		if(target >= 7)
    		{
    			target -= 1;
    		}
    		while(key1 == 0)
    		{P1 = 0x00;}
    	}
    	P1 = 0xFF;
    	}
    
    	if(key2 == 0)
    	{
    		delay(3);
    		if(key2 == 0)
    		{
    			if(target <= 26)
    			{
    				target += 1;
    			}
    			while(key2 == 0)
    			{P1 = 0x00;}
    		}
    		P1 = 0xFF;
    	}
    }//按键检测程序
    
    void initial()
    {
    	key1 = 1;
    	key2 = 1;
    	P1 = 0xff;
    	initial_Timer();
    }

    定时器程序

    Timer.h

    //Timer Configuration
    //使用12Mhz晶振
    //理论上,12Mhz晶振12分频之后
    //应该是100次计数时间是100us
    //通过示波器实测
    //选用65次计数产生一次中断
    
    void Timer0Initial()
    {
    	TH0 = (65536-65)/256;
    	TL0 = (65536-65)%256;
    } //该初值使每0.1ms产生一次中断
    
    void initial_Timer()
    {
    	EA = 1;		   //开启总中断
    	ET0 = 1;	   //允许T0中断
    	TMOD = 0x01;	//定时器模式,T0使用工作方式1
    	Timer0Initial();	  //装初值,0.1ms产生一次中断
    	TR0 = 1;			  //打开T0定时器
    }
    
    void delay(unsigned int x)
    {
    	unsigned int i,j;
    	for(i = 0;i< x; ++i)
    		for(j = 120; j >0 ; --j)
    			;
    }


    最后,中断的程序

    interrupt.h

    void Timer0() interrupt 1 using 0
    {
    	percent += 1;
    	if(percent == 200)
    	{
    		percent = 0;
    		pwm1 = 1;//拉高电平的引脚,来维持50hz的频率
    	}
    	if(percent == target)
    	{
    		pwm1 = 0;
    	}
    	Timer0Initial();
    
    }



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    在这篇博客中,我讲解的是SG90的180°型号的舵机。其它型号的舵机也可以参考。
    首先,舵机的控制方式是采用PWM方式进行控制的。在使用STM32对舵机进行控制时就需要STM32的引脚输出PWM信号,PWM信号可以通过定时器,delay延时函数等方式产生。 STM32控制SG90舵机其次,舵机的PWM控制信号是有一定的规律的。例如下图的SG90的180°舵机的0°和180°控制信号。在这里插入图片描述
    图中所示,当STM32引脚输入0.5ms的高电平和19.5ms的低电平时,舵机就可以转到0°位置。相应当输入2.5ms的高电平和17.5ms的低电平时,舵机就会转到180°位置。
    如果要想控制舵机转到其它的位置,就需要配置好高电平和低电平在一个周期中的比例。(注意:高低电平需要连续发送)

    实例:
    我通过STM32F103C8T6来控制SG90的180°型号舵机。我使用的是delay延时函数产生PWM信号。
    部分程序如下:
    case’1’:
    {
    delay_us(100);
    printf(“左转”);
    for(int i=0;i<2;i++)
    {
    c+=b;
    GPIO_SetBits(STEERPORT,STEER);
    delay_us(500+c);
    GPIO_ResetBits(STEERPORT,STEER);
    delay_us(19500-c);
    if(c==200)
    {
    printf(“停止”);
    GPIO_ResetBits(STEERPORT,STEER);
    break;
    }
    }
    break;
    }

    case’2’:
    {
    delay_us(100);
    printf(“右转”);
    for(int j=0;j<2;j++)
    {
    c-=b;
    GPIO_SetBits(STEERPORT,STEER);
    delay_us(500+c);
    GPIO_ResetBits(STEERPORT,STEER);
    delay_us(19500-c);
    if(c==0)
    {
    printf(“停止¹”);
    GPIO_ResetBits(STEERPORT,STEER);
    break;
    }
    }
    break;
    }

    在程序中,我用到了static静态变量(就是程序中的变量c)。
    可以通过串口发送’1’(控制舵机左转),‘2’(控制舵机右转)。(注意:每发送一次舵机只会转动一定的角度,如果想让舵机转动较大的角度可以通过多次发送指令完成(在串口的上位机软件中一般都有定时发送功能,可借助该功能完成多次发送))

    实例STM32控制舵机的程序下载链接如下:

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