【開發教程5】瘋殼·人形街舞機器人-舵機的基本控制

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多自由度人形雙足舞蹈機器人

——瘋殼·機器人開發系列

舵機的基本控制

1 舵機簡介

本章，我們將使用 IAP15W4K61S4 單片機控制舵機的轉動。


圖 1
一般來說，舵機由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機、控制電路組成。
它的輸入線一共 3 條，電源線、地線和控制線。

舵機是通過 PWM 脈寬調節角度，周期為 20ms，占空比 0.5ms 到 2.5ms 的脈寬電平對應舵機 0 度到 180 度角度范圍。因此，我們就可以通過 IAP15W4K61S4 單片機產生不同占空比的方波，來控制舵機軸的不同位置，從而控制舵機的轉動。

2 硬件設計
由于單片機在實際中的輸出電流很小，本次就使用了 74HC244 來增加輸出電流。另外，機器人的頭部舵機的信號線是通過 P27 與 74HC244 相連間接控制的。


圖 2
3軟件設計

本次我們是通過定時器 T0 控制 IO 口輸出高低電平的時間來輸出 PWM。首先，我們介紹一下 IO 口以及定時器相關寄存器。
（1）數據寄存器 Px

Px 對應的輸入輸出數據，以 P0 為例，如下圖所示：


圖 3
（2）模式寄存器

每個引腳對應的兩個模式寄存器共同決定了引腳的工作模式，以 P0 為例，如下圖所示：

圖 4
（3）定時器/計數器 0/1 控制寄存器 TCON


圖 5
TF0：T0 溢出中斷標志。T0 被允許計數以后，從初值開始加 1 計數，當產生溢出時，由硬件        置 1TF0，向 CPU 請求中斷，一致保持到 CPU 響應該中斷時， 才由硬件清 0。
TR0：定時器的運行控制位。該位由軟件社設置清零。

IE0：外部中斷 0 請求源（INT0/P3.2）標志。IE0=1 外部中斷 0 向 CPU 請求中斷，當 CPU 響應外部中斷時，由硬件清 0 。
IT0：外部中斷源 0 觸發控制位。IT0=0，上升沿或下降沿均可觸發外部中斷 0。IT0=1，外部中斷 0 程控為下降沿觸發方式。
（4）計時器/計數器工作模式寄存器 TMOD


圖 6
M1，M0：定時器/計數器模式選擇。C/T：清 0 作為定時器，置 1 作為計數器。
關于其它的寄存器，可以參考 IAP15W4K61S4 的數據手冊。

代碼中，我們首先將 IO 口初始化。


代碼1
將 IO 口設置為準雙向口，默認低電平，然后通過賦值給 P27 一或者零，來

控制 P27 口輸出高低電平。

關于定時器的使用，首先進行初始化。

（1）設置輔助寄存器 AUXR，將定時器 0 設為傳統 8051 速度的 12 分頻。

（2）設置定時器 0 為 16 位不可重裝載模式，TH0、TL0 全用。

（3）清除 T0 溢出中斷標志。

（4）允許 T0 產生中斷。

（5）打開總中斷


代碼2

完成定時器 0 初始化之后，就必須通過函數 Timer0(unsigned int us)給 TH0、TL0 填值。當時間到了，程序就可以進入定時中斷函數 T0_Inter(void) interrupt 1。當進入一次中斷之后，如果還要再次進入定時中斷函數，就必須再一次裝載定時器。


代碼3
我們在中斷函數中再次裝載定時器，改變 PWM 的占空比，讓舵機不停的更換角度，從而達到使機器人做出搖頭的效果。


代碼4

4實驗現象

首先打開下載軟件 STC-ISP。


圖 7
（1）點擊 Keil 仿真設置，添加 STC 相關的頭文件。STC 的相關頭文件路徑是我們之前安裝 Keil C51 的路徑，如果之前采用的默認路徑，那么選擇 C 盤 Keil 文件夾。


圖 8
（2）添加完 STC 相關的頭文件，點擊彈窗中的確定。

       
圖 9

（3）設置單片機的型號、最低波特率、最高波特率如下圖所示，硬件選項等選項默認即可。串口號根據實際情況選擇。


圖 10
（4）點擊打開程序文件，選擇我們例程中的.hex 文件。


圖 11
（5）點擊下載/編程，下載代碼。

       
圖 12

（6）按一下電路板上面的 RST 按鍵，完成下載。


圖 13


代碼下載完成之后，打開機器人的電源開關，運行代碼，就能看到我們的機器人在做搖頭動作。



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2022-7-18 16:27 上傳

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