AT89C2051多路舵機控制電路詳解

1、at89c2051多路舵機控制電路詳解 舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器。它接收一定的控制信號，輸出一定的角度，適用于那些需要角度不斷變幻并可以保持的控制系統(tǒng)。在微機電系統(tǒng)和航模中，它是一個基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)。以futaba-s3003型舵機為例，圖1是fufaba-s3003型舵機的內(nèi)部。 舵機的工作原理是：信號由接收通道進入信號解調(diào)電路ba66881。的12腳舉行解調(diào)，獲得一個直流偏置。該直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由ba6688的3腳輸出。該輸出送人電機驅(qū)動ba6686，以驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器r。，旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為o，電機停止轉(zhuǎn)動。舵機的

2、控制信號是pwm信號，利用占空比的變幻轉(zhuǎn)變舵機的位置。舵機的控制辦法電源線和地線用于提供舵機內(nèi)部的直流電機和控制線路所需的能源.電壓通常介于46v，普通取5v。注重，給舵機供電電源應能提供足夠的功率?？刂凭€的輸入是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20 ms(即頻率為50 hz)。當方波的脈沖寬度轉(zhuǎn)變時，舵機轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生轉(zhuǎn)變，角度變幻與脈沖寬度的變幻成正比。某型舵機的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號的脈沖寬度之間的關(guān)系可用圍 3來表示。舵機控制器硬件電路設(shè)計從上述舵機轉(zhuǎn)角的控制辦法可看出，舵機的控制信號實質(zhì)是一個可嗣寬度的方波信號(pwm)。該方波信號可由、或來產(chǎn)生。采納fpga成本

3、較高，用模擬電路來實現(xiàn)則電路較復雜，不適合作多路輸出。普通采納單片機作舵機的控制器。目前采納單片機做舵機控制器的計劃比較多，可以利用單片機的定時器中斷實現(xiàn)pwm。該計劃將20ms的周期信號分為兩次定時中斷來完成：一次定時實現(xiàn)高電平定時th;一次定時實現(xiàn)低電平定時t1。th、t1的時光值隨脈沖寬度的變換而變幻，但，th+t1=20ms。該辦法的優(yōu)點是，pwm信號徹低由單片機內(nèi)部定時器的中斷來實現(xiàn)，不需要添加外圍硬件。缺點是一個周期中的pwm信號要分兩次中斷來完成，兩次中斷的定時值計算較棘手;為了滿足20ms的周期，單片機晶振的頻率要降低;不能實現(xiàn)多路輸出。也可以采納單片機+8253計數(shù)器的實現(xiàn)計

4、劃。該計劃由單片機產(chǎn)生計數(shù)脈沖(或外部電路產(chǎn)生計數(shù)脈沖)提供應8253舉行計數(shù)，由單片機給出8253的計數(shù)比較值來轉(zhuǎn)變輸出脈寬。該計劃的優(yōu)點是可以實現(xiàn)多路輸出，軟件設(shè)計較容易;缺點是要添加l片8253計數(shù)器，增強了硬件成本。本文在綜合上述兩個單片機舵機控制計劃基礎(chǔ)上，提出了一個新的設(shè)計計劃，4所示。該計劃的舵機控制器以at89c2051($0.5940)單片機為核心，構(gòu)成的作為定時基準，單片機通過對555振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號舉行計數(shù)來產(chǎn)生pwm信號。該控制器中單片機可以產(chǎn)生8個通道的pwm信號，分離由at89c2051的p1.0pl.7(1219引腳)端口輸出。輸出的8 路pwm信號通過光耦隔

5、離傳送到下一級電路中。由于信號通過光耦傳送過程中舉行了反相，因此從光耦出來的信號必需再經(jīng)過反相器舉行反相。方波信號經(jīng)過光耦傳輸后，前沿和后沿會發(fā)生畸變，因此反相器采納cd40106($0.1125)施密特反相器對光耦傳輸過來的信號舉行整形，產(chǎn)生標準的pwm方波信號。筆者在試驗過程中發(fā)覺，舵機在運行過程中要從電源吸納較大的，若舵機與單片機控制器共用一個電源，則舵機會對單片機產(chǎn)生較大的干擾。因此，舵機與單片機控制器采納兩個電源供電，兩者不共地，通過光耦來隔離，并且給舵機供電的電源最好采納輸出功率較大的。該舵機控制器占用單片機的個sci串口。串口用于接收上位機傳送過來的控制指令，以調(diào)整每一個通道輸出

6、信號的脈沖寬度。max232($2.0686)為電平轉(zhuǎn)換器，將上位機的rs232($780.5000)電平轉(zhuǎn)換成ttl電平。實現(xiàn)多路pwm信號的原理在模擬電路中，pwm脈沖信號可以通過直流電平與鋸齒波信號比較來得到。在單片機中，鋸齒波可以通過對整型變量加1操作來實現(xiàn)，5所示。假定單片機程序中設(shè)置一整型變量sawval，其值變幻范圍為on。555振蕩電路產(chǎn)生的外部計數(shù)時鐘信號輸入到at89c2051的into腳。每當在外部計數(shù)時鐘脈沖的下降沿，單片機產(chǎn)生外部中斷，執(zhí)行外部中斷int0的中斷服務程序。每產(chǎn)生一次外部中斷，對sawval執(zhí)行一次加1操作，若sawval已達到最大值n，則對sawval清o。sawval值的變幻邏輯相當于鋸齒波，5所示。若在單片機程序中設(shè)置另一整型變量dutyval，其值的變幻范圍為 on。每當在sawval清0時，dulyval從上位機發(fā)送的控制指令中讀入脈沖寬度系數(shù)值，例如為h(0hn)。若 dutyvalsawval，則對應端口輸