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關(guān)于舵機，目前網(wǎng)絡(luò)上和書本上，很難找到詳細(xì)可行的資料（如果有，那估計是我眼瞎，不要理我就好啦-
-�。�，我在制作ROBOTCUP搬運機器人的過程中，由于聽取學(xué)長的“建議”，采用舵機作為機器人的驅(qū)動，加之當(dāng)時太年輕，使用90系列51單片機，所以一個舵機耗了3個月，并沒有按照預(yù)期，參加比賽（這個也真的不怪誰，不走個彎路，也不會對舵機和51單片機有如今的大徹大悟-
-�。�。所以啊，如果有學(xué)弟學(xué)妹，想要在以后做之類的比賽甚至于從事相關(guān)的工作，那么好好研究下舵機的控制，對你是十分有幫助的（無論是對于舵機控制的原理還是對主控芯片的理解都很有幫助）。關(guān)于舵機的控制，我查詢過相關(guān)的資料，也請教過我的導(dǎo)師，但是結(jié)果都很不滿意，舵機亂轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制不精確，出現(xiàn)過各種問題。最終，我也硬是通過砸錢和砸時間（20塊一個的PWM調(diào)制器不知道燒了多少-
-！這個反正燒的不是我的，不心疼，但是90塊一個舵機，加上60塊一個的航模PWM舵機調(diào)制器還是砸了幾百塊進去的），和小伙伴通過實驗，反復(fù)測試得到的結(jié)果，在這里分享出來，希望能幫助到學(xué)弟學(xué)妹。
首先，舵機是做什么的？舵機按照旋轉(zhuǎn)的角度，可以分為180°和360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)舵機。180°舵機，顧名思義，就是只能旋轉(zhuǎn)180°的舵機，我們可以通過一定的方法，精確的控制舵機旋轉(zhuǎn)的角度，因此，就我目前接觸到的比賽來看，180°舵機在雙足機器人以及飛思卡爾競速車的轉(zhuǎn)向上使用的很多，雙足機器人就是模仿人走路的機器人，通過控制180°舵機轉(zhuǎn)動的角度，完成指定的動作。飛思卡爾轉(zhuǎn)向類似于汽車使用方向盤轉(zhuǎn)向，舵機就起到方向盤的作用。360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)舵機，可以通過一定手段，控制舵機的旋轉(zhuǎn)方向和速度，因此，也常常用于小車型機器人的驅(qū)動上。這里需要說明的是，180°舵機是無法調(diào)速的，就是說，他始終會以最快速度，朝著你設(shè)定的角度旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度停止。而360°舵機是無法控制旋轉(zhuǎn)的角度的，只可以控制轉(zhuǎn)和停，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速。
下面是舵機：
安裝有180°舵機的雙足機器人：
安裝有360°舵機的搬運機器人：
上一段中，我提到可以通過一定的方法，控制舵機，到底是什么方法?PWM!我也不是什么老教授，我不喜歡說太多抽象的理論，這里，只需要知道，要控制舵機，我們要讓單片機輸出一個周期為20ms-30ms，高電平為0.5ms-2.5ms的信號即可。
關(guān)于硬件上的設(shè)計，無非是保證供電的穩(wěn)定和預(yù)留出PWM的接口，由于我本身也不是做硬件的，這里就不詳細(xì)說明了，這里附上一張圖，感興趣的小伙伴可以研究一下，如果對硬件上有其他的問題，也可以私下聯(lián)系我，我們組做硬件的小伙伴，還是很厲害的。
我這里對360°舵機如果通過51單片機的程序進行控制做詳細(xì)的說明。對于360°舵機而言，PWM高電平為0.5-1.5ms為正轉(zhuǎn)區(qū)間，1.5-2.5ms為反轉(zhuǎn)區(qū)間，1.5ms為舵機剎車點，實際測試過程中，我使用的舵機，高電平0.5ms-1.37ms為以最大速度正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)的調(diào)速高電平區(qū)間為1.37ms-1.47ms（高電平越靠近1.5ms，舵機轉(zhuǎn)速越慢），高電平1.53ms-2.5ms為以最大速度反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)調(diào)速高電平區(qū)間為：1.53-1.63ms（高電平越靠近1.5ms，舵機轉(zhuǎn)速越慢），剎車高電平區(qū)間為：1.47-1.53ms。是不是感覺很簡單呢？聽起來好像是挺簡單的，但是有沒有想過如何使用51單片機產(chǎn)生我們需要的PWM呢？有小伙伴會說，用定時器��！當(dāng)然，我一開始也是這么想的，看看下面這段程序：
unsigned int
i=1;
int n;
void
ste360(n){
TMOD=0X01;
TL0=0XF6; //
0.01ms
TH0=0XFF;
TR0=1;
EA=1;
ET0=1;
P1=0X00;
while(1);
}
void _pwm () interrupt 1
{
TH0=0xff; //
0.01ms
TL0=0xF6;
i++;
if(i<=n){
P1=0XFF; //
1.37<<1.47-1.54<<1.63
} else
P1=0x00;
if(i>=2000){
i=1;
}
}
看起來程序好像沒有什么問題，ste360(n)這個函數(shù)，n就可以控制pwm高電平的時間，我設(shè)定定時器為每0.01ms進入一次中斷，所以，要想得到1.5ms高電平，是不是n填寫150就行了？答案是否定的，至于具體結(jié)果怎么樣，我這里就不截圖了，沒有在學(xué)校沒法用示波器，之后完善吧。我這里告訴你，雖然程序邏輯是沒有問題的，計算出來確實是1.5ms，但是結(jié)果可能是高電平為3ms+，為什么？這個問題困惑了我挺久，我和學(xué)長也討論過，他說，編譯過程中，會將我們寫的c文件，編譯成匯編文件，然后轉(zhuǎn)成機器語言，這個過程中可能會有誤差。而我覺得，晶振本身是有誤差的，其次，這樣反復(fù)的進入中斷，細(xì)小的誤差會被無限的放大。同樣是使用c，stm32上pwm的精度高的離譜。所以，使用51單片機的8位定時器來控制舵機，在我看來，是完全不可行的（可以質(zhì)疑我的能力，但是上面的程序是在我寫的眾多定時器控制pwm輸出程序中早期的一個，放出來理解簡單，但我在很長一段時間里，極力優(yōu)化代碼，嘗試過各種思路，但是結(jié)果只能說有提升，但是遠遠達不到控制舵機的要求），有不怕死的小伙伴，也可以自己寫點小程序，打在示波器上看看。不能用定時器，那怎么辦？又有小伙伴說了，stc12系列的51單片機是自帶8位pwm模塊，是不是可以用12系列的單片機實現(xiàn)？看程序：
#include
//-----------------------------
// 7
6 5 4 | 3 2 1
0
sfr CCON=0xD8;//CF CR -
- | - - CCF1 CCF0
//-----------------------------
//CF:PCA計數(shù)陣列溢出標(biāo)志.計數(shù)值翻轉(zhuǎn)時由硬件置位。
//CR:PCA計數(shù)陣列運行控制位。
//CCF1:PCA模塊1中斷標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)匹配或者捕獲時由硬件置位。
//CCF0:PCA模塊0中斷標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)匹配或者捕獲時由硬件置位。
/
sfr
CCAP0L=0xEA;//PCA模塊0的捕捉/比較寄存器低8位
sfr
CCAP0H=0xFA;//PCA模塊0的捕捉/比較寄存器高8位
sfr
CCAPM0=0xDA;//PCA模塊0的工作模式寄存器
//---------------------------------------
//7 6
5 4
3
2 1
0
//- ECMn CAPPn CAPNn MATn T0Gn PWMn
ECCFn
//----------------------------------------
//ECOMn:使能比較器，1時使能比較器功能
//CAPPn：正捕獲，1時使能上升沿捕獲
//CAPNn：負(fù)捕獲，1時使能下降沿捕獲
//MATn:匹配:1時，PCA計數(shù)器的值與模塊的比較/捕獲寄存器的值匹配將置位CCON寄存器中斷標(biāo)志位CCFn
//T0Gn:翻轉(zhuǎn)，1時，工作在PCA告訴輸出模式，PCA計數(shù)器的值與模塊的比較/捕獲寄存器的值匹配將是CEXn腳翻轉(zhuǎn)
//PWMn:脈寬調(diào)節(jié)輸出模式，1時，使能CEXn腳用做PWM輸出
//EECFn:使能CCFn中斷，使能寄存器CCON中的捕獲/比較標(biāo)志CCFn，用來產(chǎn)生中斷
sfr
PCA_PWM0=0xF2;//PCA模塊0,PWM寄存器
//-----------------------------------
//
7 6 5 4
3 2 1
0
//PCA_PWMn:- - - - | - -
EPCnH EPCnL
//-----------------------------------
sfr
CCAP1L=0xEB;
sfr
CCAP1H=0xFB;
sfr
CCAPM1=0xDB;
sfr
PCA_PWM1=0xF3;//
sbit
CR=0xDE;//因為只有能和8整除的才能位尋址，所以能些0xDE，看起來有沖突，實際上不會。
sfr AUXR1=0xA2;//PWM引腳位置
串口2位置 雙DPTR選擇 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果存放方式調(diào)整 SPI位置調(diào)整
void
ini_T0(void)
{
TMOD=0x02;//T0方式2
TH0=0xb2;
//12MH時
TL0=0xb2;
TR0=1;
}
//
//頻率為50HZ
周期的1/50=0.02s,將0.02S分成256分：0.02/256=0.000078125S=0.078125ms
//0.078125為一份的時間
一共256份
//CCAP0L=223;CCAP0H=223;為2.5ms
//243時約為1ms (0.9375)
//CCAP0L=249;CCAP0H=248;為0.5ms
//236時為1.5ms (1.484375)
//230為2ms (2.03125)
void
main(void)
{
ini_T0();
//方式2，0.078125ms溢出，每溢出一次CL加1
CMOD=0x04;//定時器0溢出率作為時鐘輸入
//CIDL - -
- CPS2 CPS1 CPS0 ECF
//--------------------------------
//CIDL:計數(shù)陣列空閑控制，0時，空閑模式下PCA計數(shù)器繼續(xù)工作；1時空閑模式PCA停止工作。
//----------------------------------------------
//CPS2
CPS1 CPS0: PCA計數(shù)脈沖選擇
//000:系統(tǒng)時鐘，F(xiàn)OSC/12
//001:系統(tǒng)時鐘，F(xiàn)OSC/2
//010:定時器0的溢出，可實現(xiàn)可調(diào)頻率PWM輸出
//011:ECI/P3.4腳的外部時鐘輸入(最大速率FOSC/2)
//100:系統(tǒng)時鐘,FOSC
//101:系統(tǒng)時鐘/4,FOSC/4
//110:系統(tǒng)時鐘/6,FOSC/6
//111:系統(tǒng)時鐘/8,FOSC/8
//-----------------------------------------------
//ECF:PCA計數(shù)溢出中斷使能:1時，使能寄存器CCON CF位的中斷。0時禁止該功能。
CL=0x00;//清零自由遞增計數(shù)的16位定時器的值
CH=0x00;//CH0為00
看結(jié)構(gòu)圖，CL前面是永遠是0
//CCAP0L=223;//裝入比較初值
//CCAP0H=223;
PCA_PWM0=0x00;
//EPC0H=0,EPC0L=0
CCAPM0=0x42;//設(shè)置ECOM1=1,PWM1=1.
//CCAP1L=223;
//CCAP1H=223;
PCA_PWM1=0x00;//EPC1H=0,EPC1L=0
CCAPM1=0x42;//設(shè)置ECOM1=1,PWM1=1.
CR=1;//CR=1,啟動PCA陣列計數(shù)。
看151頁，其中和CMOD的CIDL位有關(guān)，又和IDLE有關(guān)，看183頁。
//AUXR1=0xc0;//PWM0從P1.3切換到P4.2
//PWM1從P1.4切換到P4.3
while(1)
{
//========================兩舵機停止，中位調(diào)節(jié)用
CCAP0L=236;//裝入比較初值
CCAP0H=236;
CCAP1L=230;//裝入比較初值
CCAP1H=230;
while(1);
}
}
至于怎么調(diào)整pwm的高電平，修改上面CCAPXL和CCAPXH就可以了，這段代碼不是我寫的，但明顯是個高手寫的-
-！至于這段代碼是怎么實現(xiàn)的，程序里的注釋很詳細(xì)，小伙伴們在學(xué)了郭天祥的教程以后，嘗試著查看官方的手冊吧，學(xué)習(xí)單片機，重要的不是你學(xué)會了多少多少東西，更重要的還是一種自學(xué)能力，翻手冊，學(xué)這款芯片怎么用的能力。是不是大功告成了呢？并沒有��！測試中我發(fā)現(xiàn)，CCAPXH和CCAPXL的值每改變1，PWM高電平改變0.07ms左右。那么問題來了，在前面我提到過，360°舵機調(diào)速的區(qū)間，只有0.1ms(1.47-1.37=0.1），這個0.07，是可以讓舵機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，以及停止，但是沒辦法調(diào)速，循跡小車是需要控制車子兩側(cè)的輪子產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差來控制方向的，沒法調(diào)速，就沒法實現(xiàn)循跡。造成這個問題的原因是什么？8位的pwm模塊，8位的pwm，上面程序中的注釋中有這樣一段:
//頻率為50HZ
周期的1/50=0.02s,將0.02S分成256分： 0.02/256=0.000078125S=0.078125ms
//0.078125為一份的時間
一共256份
很清楚了吧！那么是不是51單片機控制不了360°舵機呢？在我制作搬運機器人的過程中，有一段時間我是想過放棄的，但是最終，我發(fā)現(xiàn)了stc15系列單片機，很有意思的是，我在查詢芯片的時候，15這款單片機是沒有pwm模塊的，后來才知道，這款芯片帶有16位的定時器，這樣，問題就迎刃而解了，官方提供的手冊中，有用16位定時器（自動重裝模式）實現(xiàn)8~16位PWM的示例，具體的程序在這里我就不列出來了，在15的手冊100頁，感興趣的小伙伴，自己去看看吧。
好了，360°舵機基本上說完了，其實180°舵機也是相似的，只是高電平的不同代表著不同的角度，0.5ms為0°，2.5為180°。程序都是一樣的。我在這里說下比較容易出現(xiàn)的問題吧。首先，電路上的設(shè)計，舵機要求的電壓為6v-7.2v，你也許會發(fā)現(xiàn)5v其實舵機也能轉(zhuǎn)，但是，低電壓會帶來很多未知的問題，比如舵機亂轉(zhuǎn)，曾經(jīng)有一段時間，我陷入舵機亂轉(zhuǎn)的怪圈，我以為是我程序的問題，但是示波器顯示沒問題，以至于我以為是舵機壞了。實際上，是電池的問題，電池用的時間長了，電壓不足，讓舵機亂轉(zhuǎn)。所以，電池我建議使用航模sss電池，這個電池是11.2V的，使用降壓模塊，降成7.2v，給舵機供電，將成5v給單片機和傳感器供電就行了。另外，舵機的自己的電路有時候會對單片機有影響，最好加上光耦隔離，防止舵機電路對單片機的干擾。
最后，簡單說下使用舵機驅(qū)動小車和電機相比，有什么優(yōu)劣。首先，就電路而言，由于舵機內(nèi)置有電路，因此我們做機器人設(shè)計電路的時候，僅需要設(shè)計好陰陽極和PWM信號輸入的接口，非常簡單。而普通的減速電機在設(shè)計電路的時候，則需要考慮到驅(qū)動芯片，就比較復(fù)雜了。淘寶上有現(xiàn)成的驅(qū)動模塊，買回來也就直接用了。而在控制上，舵機對于PWM的精度要求也更高，上文中已經(jīng)論述過了。價格方面，舵機的價格是普通減速電機的很多倍，但是昂貴的價格帶來的是拖剎的快速響應(yīng)，給定高電平1.5ms的pwm，舵機會立刻剎住以及其充沛的動力這一點是減速電機做不到的。所以到底是采用舵機還是電機，學(xué)弟學(xué)妹自己斟酌吧。
一不留神竟然寫了4000字-
-!可以可以，如果覺得這篇文章不錯，對你有幫助，也歡迎轉(zhuǎn)載啦（請注明本文出處及作者）。我在大一加入了很多組織，最終在機器人協(xié)會找到了落腳點，從最初沒有目的學(xué)習(xí)51單片機，做機器人，到現(xiàn)在有了目標(biāo)，學(xué)習(xí)linux，學(xué)習(xí)開發(fā)智能路由器，在這個協(xié)會我還是學(xué)到了很多的東西的。現(xiàn)在呢，其實是以一種感恩的心態(tài)，在重復(fù)著往屆學(xué)長學(xué)姐做的事情，很多優(yōu)秀都是一種傳承嘛！也歡迎各位小伙伴加入到重郵基協(xié)，加入到我們這個基情四射，整天撕逼的陣營中來吧-
-！我相信在這個良心協(xié)會（真的良心），你會學(xué)習(xí)到你想學(xué)的東西噠！若是對舵機的控制仍有疑問，可以在下方評論留言，我看到會盡快回復(fù)。
重慶郵電大學(xué)機器人協(xié)會
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