如何将伺服电动机与PIC微控制器连接

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电子说

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描述

伺服电动机是一种特殊的齿轮减速直流电动机，配备有用于控制电动机轴的旋转方向以及位置的电子电路。由于伺服电机允许其输出轴的精确角度定位，因此它们广泛用于机器人技术和无线电控制的汽车，飞机和船只中，以控制其各个零件的运动。在本实验课程中，我们将首先探讨伺服电动机的组成及其工作原理，然后说明如何将其与PIC微控制器接口。

伺服电动机控制使用PIC微控制器

理论

伺服电动机（或伺服）是一个小盒子，其中装有一个直流电动机，通过一系列齿轮连接至电动机的输出轴（伺服臂）和控制该轴位置的电子电路。使用伺服的目的是实现对象的精确角度定位。

为了实现伺服功能，输出轴的瞬时定位信息通过换能器反馈到控制电路。最简单的方法是将电位计连接到输出轴或齿轮系中的某个位置。控制电子设备将电位计的反馈信号（包含轴的当前位置）与控制输入信号（包含轴的期望位置的信息）进行比较，并将实际值和期望值之间的差（称为误差信号）被放大并用于在减少或消除误差所需的方向上驱动直流电动机。当输出轴到达所需位置时，误差为零。典型伺服电机的功能框图如下所示。

伺服电动机

伺服电机原理

伺服部件（来源：http：//tutorial.cytron.com.my/2011/09/19/how-rc-servo-works/）

伺服是脉宽调制（PWM）信号，通常频率为50 Hz。这意味着脉冲应每20ms重复一次。脉冲的宽度决定了输出轴的角度位置。伺服器内部的电子电路将PWM信号转换为成比例的输出电压，并将其与电位计的反馈电压进行比较。如果两者之间存在差异，则控制电路会沿适当的方向驱动电动机，直到差异变为零为止。脉冲宽度的典型值在1.0到2.0毫秒（ms）的范围内。对于标准伺服器，脉冲宽度在1.0毫秒至1.5毫秒之间会使伺服器顺时针旋转（CW），在1.5毫秒至2.0毫秒之间使伺服器能够逆时针旋转（CCW），而1.5毫秒脉冲宽度会使伺服电动机转向它的中心。但是，这些值可能会因电机的品牌和制造而有所不同。建议阅读伺服器的数据表，以找到将伺服器定位在不同角度所需的脉冲宽度的真实值。

大多数伺服器旋转180°。然而。有些可以旋转360°或更大角度。 Servos由于其精确的角度定位而被广泛用作机器人手臂中的活动关节。他们还发现了在无线电（RC）玩具中的应用。例如，在RC汽车中，它们用于转向机构，在RC船中用于控制舵。

伺服电机具有三根电线：两根用于电源（Vcc和地面），第三根用于电源。 Vcc线通常是红色的，接地线是黑色或棕色的。控制信号线为白色，黄色或橙色。本实验中使用的伺服电机来自iCircuit技术，并具有分别用于Vcc，Gnd和控制信号的红色，棕色和黄色导线。它以5.0 V电源供电，并提供180°的角度旋转

典型的伺服电机

伺服电动机

不同角度位置的伺服定时信息

伺服电动机

伺服臂的不同角度位置

电路

此电路的电路图实验如下所示。伺服器的控制输入来自PIC16F628A微控制器的RB1引脚，该PIC16F628A微控制器使用外部陶瓷谐振器以4.0 MHz的频率工作。轻触开关连接到RB0引脚，以提供用户输入来控制伺服臂的位置。该实验的操作部分在下面的软件部分中进行介绍。

伺服电动机

用于伺服电机控制演示的电路图

电路板上的电路设置

软件

PIC16F628A的固件是用用于PIC编译器的MikroC Pro编写的。 Timer0模块用作带预分频器1：256的定时器，以在两个连续的PWM脉冲之间产生大约20 ms的间隔。请记住，时钟频率为4.0 MHz，这导致1 s的机器周期，从而简化了使用Timer0计算延迟的数学运算。 MikroC提供了一个内置的库函数Delay_Cyc（），该函数生成可变的时钟周期延迟。此功能用于将控制脉冲的宽度从0.7毫秒更改为2.3毫秒。当电路第一次上电或复位时，在RB1引脚上连续产生脉冲宽度为0.7 ms的50 Hz PWM信号。该控制信号一直沿顺时针方向将伺服臂一直移动到末端，该末端被视为0角位置。按下连接到RB0引脚的轻触开关时，脉冲宽度增加0.2 ms，这将使轴逆时针（CCW）旋转大约22.5°。因此，每次按下开关，脉冲宽度都会增加0.2 ms，并且轴将进一步沿CCW方向旋转。连续按下开关8次后，脉冲宽度变为2.3 ms，轴到达另一端（180°角位置）。在第9次按下时，脉冲宽度被重置为0.7 ms，并且电机轴沿顺时针方向旋转，直到回到0角位置。在程序中，变量“ i”存储脉冲宽度信息（脉冲宽度= i * 10 * 10微秒），并以2为步长从7变为23。当i = 7时，脉冲宽度为7 * 10 * 10 = 700微秒（0.7 ms），当i = 23时，宽度为2.3 ms。

Lab 21： Servo motor Control using PIC16F628A

MCU： PIC16F628A running at 4.0 MHz， MCLR enabled， WDT is OFF， Brown Out Detect

disabled

Written by： Rajendra Bhatt （www.embedded-lab.com）

2012/03/29

Description： User input switch is connected to RB0 and Servo Control signal

is generated from RB1 pin.

sbit SW1 at RB0_bit;

sbit Control at RB1_bit;

unsigned short i=7， delay;

void interrupt（） {

delay = i*10;

Control = 1;

Delay_Cyc（delay）; // Generates delay equal to 10*delay clock cycles

Control = 0;

TMR0 = 180; // TMR0 returns to its initial value

INTCON.T0IF = 0; // Bit T0IF is cleared so that the interrupt could reoccur

}

void main（） {

CMCON = 0x07; // Disable Comparators

TRISB = 0b00000001;

PORTB = 0;

OPTION_REG = 0x07; // Prescaler （1:256） is assigned to the timer TMR0

TMR0 = 180; // Timer T0 counts from 180 to 255 to create ~20 ms period

INTCON = 0xA0; // Enable interrupt TMR0 and Global Interrupts

do{

if（！SW1）{ // Change pulse width when Switch is pressed

Delay_ms（300）;

i = i+2;

if（i》23） i=7;

}

}while（1）;

}

下载完整的源文件和HEX文件

输出

将HEX文件加载到PIC16F628A微控制器之后，您可以观察伺服控制器的运行情况。观看底部的演示视频，以查看该实验的输出。

责任编辑：wv

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