舵机的控制信号是 PWM 信号，利用占空比的变化，改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是 BA6688 是有 EMF 控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:
收到 1 个脉冲以后，BA6688 内部也产生 1 个以 5K 电位器实际电压为基
准的脉冲，2 个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生 EMF，这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过 EMF判断电压时候就减小展宽，甚至关闭，让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)。
一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有 EMF 控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于 4～6V，一般取 5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为 20 ms(即频率为 50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图 3 来表示。
标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于 4V-6V 之间，
该电源应尽可能与处理系统的电源隔离(因为伺服马达会产生噪音)。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。
控制线输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在 1ms-2ms 之间。而低电平时间应在 5ms 到 20ms 间，并不很严格。下表表示出一个典型的 20ms 周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系：
舵机工作原理
1、概述
舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制：
1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）；
2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动；
3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；
4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角；遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。
不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。
2、结构和控制
一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计 5k、直流电机、控制电路板等。
工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。
舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。
舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。
舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是 4.8V，一是 6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V 对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba 的一般为白色，JR 的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA 的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。
舵机的控制信号为周期是 20ms 的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为 0－180 度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期 20ms，宽度 1.5ms 的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。
由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过 180 度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。常见的舵机厂家有：日本的 Futaba、JR、SANWA 等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举 Futaba S3003 来介绍相关参数，以供大家设计时选用。之所以用 3003 是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便
宜的一种（以下数据摘自 Futaba 产品手册）。
尺寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm
重量(Weight)： 37.2 g
工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V) 0.19 sec/60°(6.0V）输出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V) 4.1 kg.cm (6.0V)
由此可见，舵机具有以下一些特点：
>体积紧凑，便于安装；
>输出力矩大，稳定性好；
>控制简单，便于和数字系统接口；
正是因为舵机有很多优点，所以，现在不仅仅应用在航模运动中，已经扩展到各种机电产品中来，在机器人控制中应用也越来越广泛。
3、用单片机来控制
正是舵机的控制信号是一个脉宽调制信号，所以很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机，比方 PLC、单片机等。这里介绍利用 51 系列单片机产生舵机的控制信号来进行控制的方法，编程语言为 C51。之所以介绍这种方法只是因为笔者用 2051 实现过，本着负责的态度，所以敢在这里写出来。程序用的是我的四足步行机器人，有删改。单片机并不是控制舵机的最好的方法，希望在此能起到抛砖引玉的作用。
2051 有两个 16 位的内部计数器，我们就用它来产生周期 20 ms 的脉冲信号，根据需要，改变输出脉宽。基本思路如下（请对照下面的程序）：我用的晶振频率为 12M，2051 一个时钟周期为 12 个晶振周期，正好是 1/1000 ms，计数器每隔 1/1000 ms 计一次数。以计数器 1 为例，先设定脉宽的初始值，程序中初始为 1.5ms，在 for 循环中可以随时通过改变 a 值来改变，然后设定计数器计数初始值为 a，并置输出 p12 为高位。当计数结束时，触发计数器溢出中断函数，就是 void timer0(void)interrupt 1 using1 ，在子函数中，改变输出 p12 为反相（此时跳为低位），在用 20000（代表 20ms 周期）减去高位用的时间 a，就是本周期中低位的时间，c=20000-a，并设定此时的计数器初值为 c，直到定时器再次产生溢出中断，重复上一过程。
# include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uint a,b,c,d;
/*a 为舵机 1 的脉冲宽度，b 为舵机 2 的脉冲宽度，单位 1/1000 ms */ /*c、d 为中间变量*/
/*以下定义输出管脚*/
sbit p12=P1^2;
sbit p13=p1^3;
sbit p37=P3^7;
/*以下两个函数为定时器中断函数*/
/*定时器 1，控制舵机 1，输出引脚为 P12，可自定义*/
void timer0(void) interrupt 1 using 1
{p12=!p12; /*输出取反*/
c=20000-c; /*20000 代表 20 ms，为一个周期的时间*/
TH0=-(c/256); TL0=-(c%256); /*重新定义计数初值*/
if(c>=500&&c<=2500)c=a;else c="20000-a"; /*判断脉宽是否在正常范围之内*/
}
/*定时器 2，控制舵机 2，输出引脚为 P13，可自定义*/
void timer1(void) interrupt 3 using 1
{p13=!p13;
d=20000-d;
TH1=-(d/256); TL1=-(d%256);
if(d>=500&&d<=2500)d=b;
else d="20000-b";
}
/*主程序*/
void main(void)
{TMOD=0x11; /*设初值*/
p12=1;
p13=1;
a=1500;
b=1500; /*数值 1500 即对应 1.5ms，为舵机的中间 90 度的位置*/
c=a;d=b;
TH0=-(a/256); TL0=-(a%256);
TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*设定定时器初始计数值*/
EA=1;
ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;
ET1=1; TR1=1;
PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;/*设定中断优先级*/
for(;;)
{
/*在这个 for 循环中，可以根据程序需要
在任何时间改变 a、b 值来改变脉宽的输
出时间，从而控制舵机*/
}
}
因为在脉冲信号的输出是靠定时器的溢出中断函数来处理，时间很短，因此在精度要求不高的场合可以忽略。因此如果忽略中断时间，从另一个角度来讲就是主程序和脉冲输出是并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改变 a 值，例如让 a 从 500 变化到 2500，就可以让舵机从0 度变化到 180 度。另外要记住一点，舵机的转动需要时间的，因此，程序中 a 值的变化不能太快，不然舵机跟不上程序。根据需要，选择合适的延时，用一个 a 递增循环，可以让舵机很流畅的转动，而不会产生像步进电机一样的脉动。这些还需要实践中具体体会。
舵机的速度决定于你给它的信号脉宽的变化速度。举个例子，t＝0 试，脉宽为 0.5ms，t＝1s 时，脉宽为 1.0ms，那么，舵机就会从 0.5ms 对应的位置
转到 1.0ms 对应的位置，那么转动速度如何呢？一般来讲，3003 的最大转动速度在 4.8V 时为 0.23s/60 度，也就是说，如果你要求的速度比这个快的话，舵机就反应不过来了；如果要求速度比这个慢，可以将脉宽变化值线性到你要求的时间内，做一个循环，一点一点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。当然，具体这一点一点到底是多少，就需要做试验了，不然的话，不合适的话，舵机就会向步进电机一样一跳一跳的转动了，尝试改变这“一点”，使你的舵机运动更平滑。还有一点很重要，就是舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程，这就是舵机会产生像步进电机一样运动的原因。
目录 一．舵机PWM信号介绍 (1) 1．PWM信号的定义 (1) 2．PWM信号控制精度制定 (2) 二．单舵机拖动及调速算法 (3) 1．舵机为随动机构 (3) （1）HG14-M舵机的位置控制方法 (3) （2）HG14-M舵机的运动协议 (4) 2．目标规划系统的特征 (5) （1）舵机的追随特性 (5) （2）舵机ω值测定 (6) （3）舵机ω值计算 (6) （4）采用双摆试验验证 (6) 3．DA V的定义 (7) 4．DIV的定义 (7) 5．单舵机调速算法 (8) （1）舵机转动时的极限下降沿PWM脉宽 (8) 三．8舵机联动单周期PWM指令算法 (10) 1．控制要求 (10) 2．注意事项 (10) 3．8路PWM信号发生算法解析 (11) 4．N排序子程序RAM的制定 (12) 5．N差子程序解析 (13) 6．关于扫尾问题 (14) （1）提出扫尾的概念 (14) （2）扫尾值的计算 (14)
一．舵机PWM 信号介绍 1．PWM 信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。 目前，北京汉库的HG14-M 舵机可能是这个过渡时期的产物，它采用传统的PWM 协议，优缺点一目了然。优点是已经产业化，成本低，旋转角度大（目前所生产的都可达到185度）；缺点是控制比较复杂，毕竟采用PWM 格式。 但是它是一款数字型的舵机，其对PWM 信号的要求较低： （1） 不用随时接收指令，减少CPU 的疲劳程度； （2） 可以位置自锁、位置跟踪，这方面超越了普通的步进电机； 其PWM 格式注意的几个要点： （1 ） 上升沿最少为0.5mS ，为0.5mS---2.5mS 之间； （2） HG14-M 数字舵机下降沿时间没要求，目前采用0.5Ms 就行；也就是说PWM 波形 可以是一个周期1mS 的标准方波； （3） HG0680为塑料齿轮模拟舵机，其要求连续供给PWM 信号；它也可以输入一个周 期为1mS 的标准方波，这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，
获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。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，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占
空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图1所示。 图1 舵机的控制要求 单片机实现舵机转角控制可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放 器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。5mV 以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV，所以滤波
电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。 也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠。 单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高。 具体的设计过程： 例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为 20ms-2ms=18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在
#include "reg52.h" sbit control_signal=P0^0; sbit turn_left=P3^0; sbit turn_right=P3^1; unsigned char PWM_ON=15 ;//定义高电平时间 /******************************************************************/ /* 延时函数 */ /******************************************************************/ void delay(unsigned int cnt) { while(--cnt); } void display() { if(PWM_ON>=5&&PWM_ON<=7) P1=0xFD; //1灯亮，舵机接近或到达右转极限位置if(PWM_ON>7&&PWM_ON<=10) P1=0xFB; //2灯亮 if(PWM_ON>10&&PWM_ON<=13) P1=0xF7; //3灯亮 if(PWM_ON>13&&PWM_ON<=16) P1=0xEF; //4灯亮，舵机到达中间位置 if(PWM_ON>16&&PWM_ON<=19) P1=0xDF; //5灯亮 if(PWM_ON>19&&PWM_ON<=22) P1=0xBF; //6灯亮 if(PWM_ON>22&&PWM_ON<=25) P1=0x7F; //7灯亮，舵机接近或到达左转极限位置} /******************************************************************/ /* 主函数 */ /******************************************************************/ void main() { //bit Flag; TMOD |=0x01; //定时器设置 0.1ms in 11.0592M crystal TH0=(65536-78)/256; TL0=(65536-78)%256; //定时0.1mS ET0=1;//定时器中断打开 EA=1;//总中断 //IE= 0x82; //打开中断 TR0=1; // PWM_ON=15 //的取值范围是6-25 while(1) { if(turn_left==0) { delay(1000); if(turn_left==0) { while(!turn_left){}
发送 S 第几个舵机频率 E可以控制产生相应的角度 #include 利用单片机PWM信号进行舵机控制(图) 基于单片机的舵机控制方法具有简单、精度高、成本低、体积小的特点，并可根据不同的舵机数量加以灵 活应用。 在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。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，使得电压差为0，电机停止转动。 图1舵机的控制要求 舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图1所示。 单片机实现舵机转角控制 可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号，但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压，但是需要50Hz(周期是20ms)的信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和功耗考虑也不易采用。5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV，所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。 也可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件计数，所以受外界干扰较小，整个系统工作可靠。 单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本设 舵机控制详解 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】 本人学习了一段时间的舵机，将自己所遇到的问题与解决方案和大家分享一下，希望对初学者有所帮助！！！！ 一、舵机介绍 1、舵机结构 舵机简单的说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装在一个便于安装的外壳里的伺服单元。 舵机安装了一个电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的直流电机控制方式叫闭环控制，所以舵机更准确的说是伺服马达，英文 servo。 舵机组成：舵盘、减速齿轮、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。 舵盘 上壳 齿轮组 中壳 电机 控制电路 控制线 下壳 工作原理：控制信号控制电路板电机转动齿轮组减速 舵盘转动位置反馈电位器控制电路板反馈 简单的工作原理是控制电路接收信号源的控制信号，并驱动电机转动； 齿轮组将电机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响应倍 数，然后输出；电位器和齿轮组的末级一起转动，测量舵机轴转动角 度；电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控制舵机转动 到目标角度或保持在目标角度。 舵机接线方法：三线接线法：（1）黑线（地线） 红线（电源线）两个标准：和6V 蓝线/黄线（信号线） （2）棕线（地线） 红线（电源线）两个标准：和6V 黄线（信号线） 二、舵机PWM信号介绍 1、PWM信号的定义 PWM信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。 关于舵机PWM信号的基本样式如下图 其PWM格式注意的几个要点： （1）上升沿最少为，为之间； （2）控制舵机的PWM信号周期为20ms； 2．PWM信号控制精度制定 1 DIV = 8uS ; 250DIV=2mS PWM上升沿函数： + N×DIV 0uS ≤ N×DIV ≤ 2mS ≤ +N×DIV ≤ 3、舵机位置控制方法 舵机的转角达到185度，由于采用8为CPU控制，所以控制精度最大为256份。目 8位AT89C52CPU，其数 据分辨率为256，那么经过 舵机极限参数实验，得到应 该将其划分为250份。 那么的宽度为2mS = 2000uS。 2000uS÷250=8uS 则：PWM的控制精度为8us 我们可以以8uS为单位 递增控制舵机转动与定位。 舵机可以转动185度， 那么185度÷250=度， 则：舵机的控制精度为度 #include Timer1_configuration(); delay_ms(1000); TIM3->CCR2 = 504; // 电机初始化中间值 GPIO_WriteBit( GPIOB,GPIO_Pin_0, 1); //灯亮 GPIO_WriteBit( GPIOB,GPIO_Pin_1, 1); delay_ms(1000); //等待4s，等待初始化完毕 delay_ms(1000); delay_ms(1000); delay_ms(1000); TIM3->CCR2 = 560; // TIM3->CCR1 = 380; //向右转 delay_ms(1000);delay_ms(1000); // TIM3->CCR1 = 650; while(1) { TIM3->CCR2 = 550; /* // TIM3->CCR1 = 380; //向右转 delay_ms(100); TIM3->CCR1= 504; delay_ms(100); // TIM3->CCR1 = 650; delay_ms(100); TIM3->CCR1= 504; TIM3->CCR1= 504; TIM3->CCR1= 504; TIM3->CCR1= 504; */ } } void RCC_Configuration(void) { SystemInit(); // Enable GPIO clock PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一O PLC 控制系统安全接地设计及其工程实践一般应注意以下一些问题= a .采用一点接地O 一般情况下接地方式与频率 有关9当频率低于1M~Z 时可用一点接地9高于10M~Z 时采用多点接地O PLC 控制系统因信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响9装置之间信号交换频率一般都低于1M~Z 9所以PLC 控制系统采用一点接地O 集中布置的PLC 系统适于并联一点接地方式9各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极O 如果装置间距较大9应采用串联一点接地方式9用1根大截面铜母线(PEB >连接各装置柜体中心接地点9然后将接地母线直接连接接地极O b .接地线采用大于22mm 2 的铜导线9接地母线 (PEB >使用截面大于60mm 2的铜排O 在接地末端测量接地电阻应小于2O 9接地极最好埋在距建筑物10～15m 远处9而且PLC 系统接地点必须与强电设 备接地点相距10m 以上O c .信号源和交源电不允许共同使用1根地线9在接线铜排上才能把各个接地点联接在一起;屏蔽地\保护地各自独立地接到接地铜排上9不应当将其和电源地\信号地在其它任意地方扭在一起O 3结束语 PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题9在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素9合理有效地抑制抗干扰O 另外9还需要说明的是9由于电磁干扰的复杂性9要根本消除干扰影响是不可能的9因此9在PLC 控制系统的软件设计和组态时9还应在软件方面进行抗干扰处理O 参考文献= 1]皮壮行9等.可编程序控制器的系统设计与应用实例 M ].北京=机械工业出版社92000. 2]袁任光.可编程序控制器选用手册 M ].北京=机械工业出版社92002. 3]郭宗仁9等.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术 M ].北京=人民邮电出版社92000. 4]陈宇9等.可编程序控制器基础及编程技巧 M ].广州=华南理工出版社92002. 5]王庆斌9等.电磁干扰及电磁兼容技术 M ].北京=机械工业出版社91999. 作者介绍=徐滤非(1964->9男9湖北黄石人9黄石高等专科 学校自动化系讲师9从事工业自动化的教学及科研工作O 用单片机产生7路舵机控制P WM 波的方法 刘歌群9卢京潮9闫建国9薛尧舜9(西北工业大学9陕西西安710072) M et hod t o G enerat e 7Pul se W i dt h M odul ati on W aves W it h S i n g l e chi p M i cr o p r ocessor t o Contr ol Ser vos LI U G e 一、 基本原理介绍 二、 演示机构采用的是舵机，每个需要一路PWM 波 和两路电源输入。电源输入标准为5V 1-8A ，采用 带输入和输出保护的50w 开关电源供电；PWM 波为 50Hz ，正脉冲时间为0.5-2.5ms ，对应-90°至90° （实际使用中为了保护机械，为0.7-2.3ms ，舵机 旋转范围为-70°至70°）。 由于系统对于输出的频率有5 Hz 的限制，因此使用软件延迟来实现最多八路的 的PWM 波输出。PWM 波由MCU 通过软件延时产生， 算法概述如下（流程图见附件）： 1. A 路输出 2.5ms 脉冲（输出正脉冲，不足 时间由低电平 补至2.5ms ），此时其他五 路无输出，相当于输出2.5ms 低电平； 2. B 路输出2.5ms 脉冲（同A 路，不足时间由低电平补齐），此时包括A 路的其他五路无输出，相当于输出2.5ms 低电平； 3. 同理，输出C,D,E,F 路 4. 此时，1-3步总时间为2.5*6=15ms ，其中每路由一个小于2.5ms 的正脉冲和低电平时间组成。由于输出周期为20ms ，故应再输出20ms-15ms=5ms 低电平时间，使得各路频率为50Hz 。 重复1-3步，得到输出波形如下图：（仅以4路为例，使用Proteus 仿真示波器，图 2.2.2） 可以看到，此时各路输出均为50Hz ，正脉冲时间为 0.5-2.5ms 图 2.2.1 舵机及其控制原理 图2.2.2 Proteus仿真 此算法在50Hz（20ms）频率的限制下，最多可输出8路PWM波形（8*2.5ms=20ms） 三、实际程序 程序如下： #include 一、舵机的原理 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 3003舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调，获得一个直流偏臵电压。该直流偏臵电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为O，电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化，改变舵机的位臵。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是BA6688是有EMF控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到1个脉冲以后，BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲，2个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生EMF，这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过EMF判断电压时候就减小展宽，甚至关闭， 让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有EMF控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。 二、数码舵机 VS 模拟舵机 数码舵机比传统的模拟舵机，在工作方式上有一些优点，但是这些优点也同时带来了一些缺点。 传统的舵机在空载的时候，没有动力被传到舵机马达。当有信号输入使舵机移动，或者舵机的摇臂受到外力的时候，舵机会作出反应，向舵机马达输出驱动电压。由第一节的电路分析我们知道——马达是否获得驱动电压，取决于BA6688的第3脚是否输出一个电压信号给BAL6686马 舵机(servo motor)的控制 基于单片机16f877a和proteus的仿真 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。 （注意：如果你控制的舵机在不停的抖动，其中一个原因就是你给的脉冲有杂波，这点很重要。 舵机是一个物理器件，它的转动需要时间的，因此，程序中占空比的值变化不能太快，不然舵 机跟不上程序的响应时间。） 一、舵机的结构 我们选的舵机型号是TowerPro MG995,实物如图： 它有三条线棕色、红色、黄色分别是GND、 V+ 、 S（信号）。如下图： 二、舵机的单片机控制原理 1、我们得先了解舵机的工作原理：控制信号由舵机的信号通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。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，使得电压差为0，电机停止转动。它的控制要求如下图： 2、由上可知舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。我们用pic单片机的定时器1模块产生PWM信号，得到控制电机的占空比，也就如上图的占空比信号，周期是20Ms.下面我们来看看怎样产生上图的占空比，单片机的定时器1模块最大可以产生174ms的延时，也就是可以产生最大174ms的中断。怎样设置Timer1来产生上述占空比的中断，可以参考具体资料书。当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高。具体的设计过程：例如想让舵机转向左极限的角度，它的正脉冲为2ms，则负脉冲为20ms-2ms=18ms，所以开始时在控制口发送高电平，然后设置定时器在2ms 后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口改为低电平，并将中断时间改为18ms，再过18ms进入下一次定时中断，再将控制口改为高电平，并将定时器初值改为2ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。但是我们要记住一点，要在中断中做事必须要在长中断中做事，可以避免不必要的麻烦。 了解了怎样用单片机控制舵机原理后我们就可以用proteus去仿真舵机的控制了。 三、proteus软件仿真舵机的控制 先在proteus中找到舵机的元件，就是那个英文单词是motor-pwmservo 的元件。这里我们可以用按键的方式去控制单片机产生不同的占空比，来达到可以控制电机转到不同的角度。 本人学习了一段时间的舵机，将自己所遇到的问题与解决方案和大家分享一下，希望对初学者有所帮助！！！！ 一、舵机介绍 1、舵机结构 舵机简单的说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装在 一个便于安装的外壳里的伺服单元。 舵机安装了一个电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的直流电机控制方式叫闭环控制，所以舵机更准确的说是伺服马达，英文 servo。 舵机组成：舵盘、减速齿轮、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。 舵盘 上壳 齿轮组 中壳 电机 控制电路 控制线 下壳 工作原理：控制信号控制电路板电机转动齿轮组减速舵 盘转动位置反馈电位器控制电路板反馈 简单的工作原理是控制电路接收信号源的控制信号，并驱动电机转动； 齿轮组将电机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响应倍 数，然后输出；电位器和齿轮组的末级一起转动，测量舵机轴转动角度； 电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控制舵机转动到目标 角度或保持在目标角度。 舵机接线方法：三线接线法：（1）黑线（地线） 红线（电源线）两个标准：4.8V和6V 蓝线/黄线（信号线） （2）棕线（地线） 红线（电源线）两个标准：4.8V和 6V 黄线（信号线） 二、舵机PWM 信号介绍 1、PWM 信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。 关于舵机PWM 信号的基本样式如下图 其PWM 格式注意的几个要点： （1） 上升沿最少为0.5mS ，为0.5mS---2.5mS 之间； （2） 控制舵机的PWM 信号周期为20ms ； 2．PWM 信号控制精度制定 1 DIV = 8uS ; 250DIV=2mS PWM 上升沿函数： 0.5mS + N ×DIV 0uS ≤ N ×DIV ≤ 2mS 0.5mS ≤ 0.5Ms+N ×DIV ≤ 2.5mS 3、舵机位置控制方法 舵机的转角达到185度，由于采用8为CPU 控制，所以控制精度最大为256份。目 8位AT89C52CPU ，其数据分辨率为256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为250份。 那么0.5mS---2.5Ms 的宽度为2mS = 2000uS 。 2000uS ÷250=8uS 则：PWM 的控制精度为8us 我们可以以8uS 为单位递增控制舵机转动与定位。 舵机可以转动185度，那么185度÷250=0.74度， 则：舵机的控制精度为0.74度 舵机的控制信号是 PWM 信号，利用占空比的变化，改变舵机的位置。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是 BA6688 是有 EMF 控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到 1 个脉冲以后，BA6688 内部也产生 1 个以 5K 电位器实际电压为基 准的脉冲，2 个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生 EMF，这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过 EMF判断电压时候就减小展宽，甚至关闭，让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)。 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有 EMF 控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于 4～6V，一般取 5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为 20 ms(即频率为 50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图 3 来表示。 标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于 4V-6V 之间， 该电源应尽可能与处理系统的电源隔离(因为伺服马达会产生噪音)。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。 控制线输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在 1ms-2ms 之间。而低电平时间应在 5ms 到 20ms 间，并不很严格。下表表示出一个典型的 20ms 周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系： 51单片机的资源都差不多，这里采用STC89C52作为控制芯片，上位机的输出控制信号，利用串口接收控制舵机。理论上，只用一个定时器就可以产生无限多路ＰＷＭ波输出，但事实上，ＰＷＭ输出越多，定时器中断里面操作的语句就越多，很繁杂，单片机的运行速度会变得很慢，以致于输出ＰＷＭ波周期大于一般舵机的控制周期２０ｍｓ，或者频率产生误差，导致舵机的颤抖。所以，只利用一个定时器输出ＰＷＭ有一定限制，路数不能太多，如果需要控制的舵机数量太多，建议更换带有ＰＷＭ输出的单片机。下面是单片机控制三路舵机的程序。 #include ES=1; REN=1; SM0=0; SM1=1; PCON=0x00; TH0=(65536-40)/256;//定时器0每40微妙产生一次中断，注意： //中断产生的频率越高，单片机运行速度也 //会越慢，但控制信号宽度会变宽，控制也 //越精准，需要各位自己权衡 TL0=(65536-40)%256; ET0=1; TR0=1; while(1); } void timer0() interrupt 1//PWM波输出控制 { TH0=(65536-40)/256; TL0=(65536-40)%256; t++; if(t==xinhao[0]) duoji1=0; #include { TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256; count++; if(count>40) { count=0; } if(count<=jd) { pwm=1; } else { pwm=0; } TR0=1; } void keyscan()//按键扫描函数{ if(jia==0) { yanchi(10); if(jia==0) { jd++; count=0; if(jd==6) { jd=5; while(jia==0); } } } if(jian==0) { yanchi(10); if(jian==0) { jd--; count=0; if(jd==0) { jd=1; while(jian==0); } } } } void main() { jd=1; count=0; T0_INIT(); while(1) { keyscan(); } } 如何用单片机控制舵机及程序详细 舵机概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制： 1.发动机进气量，来控制发动机的拉力(或推力); 2.副翼舵面(安装在飞机机翼后缘)，用来控制飞机的横滚运动; 3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角; 4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角; 遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。 舵机工作原理 一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号(具体信号待会再讲)，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 前一段时间做这个代码，网上资源不是很丰富，这里补充一下，如有需要请参阅；应用主要是用上位机发送指令控制下位机舵机动作。 /******************************************************************** * 文件名：串口控制舵机代码 * 描述: 可以通过改变控制函数中PWM[]中数值来控制舵机的角度和转向晶振需要用11.0592的。 * 创建人：飞翔的猫儿，2013年11月21日 * 版本号：2.0 ***********************************************************************/ #include for(x=z;x>0;x--) for(y=120;y>0;y--); } void InitialTimer ( void )//定时器的初始化函数定义{ TMOD |= 0x01; //定时计数器1工作于方式1 TH0 = -ms0_5Con >> 8; //给定初值 TL0 = -ms0_5Con; //65536-10000=55536 EA=1; //开总中断 ET0=1; //允许定时/计数器1 中断 TR0=1; //启动定时/计数器1 中断 } void init ()//串口初始化函数 { TMOD |= 0X20 ; TH1 = 0XFD ; TL1 = 0XFD ; TR1 = 1 ; REN = 1 ; SM0 = 0 ; SM1 = 1 ; EA = 1 ; 舵机原理 舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。 舵机的控制 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms--------------0度； 1.0ms------------45度； 1.5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 重要说明 1：上面部分还是成线形关系的，Y=90X-45（X单位是ms,Y单位是度数：） 2：上面所说的0度45度等是指度45度位置（什么意思呢：我说明一下就知道了，就45度位置来说，若舵机停在0度位置，下载45度位置程序后则舵机停在45度，即顺时针走了45度，若当时舵机在135度位置，则反转90度到45度位置。所以舵机不存在正转反转问题。这点非常重要。 3:若想转动到45度位置，要一直产生 1.0ms的高电平（即PA0=1；Delay(1ms);PA0=0;Delay((20-1)ms)；要不停的产生这个高低电平，产生PWM脉冲。舵机控制
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