【疯壳·机器人开发教程5】人形街舞机器人-舵机的基本控制

只看该作者 · 2022-9-7 15:33

多自由度人形双足舞蹈机器人

——疯壳·机器人开发系列

舵机的基本控制

1 舵机简介

本章，我们将使用 IAP15W4K61S4 单片机控制舵机的转动。

图 1
一般来说，舵机由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路组成。
它的输入线一共 3 条，电源线、地线和控制线。

舵机是通过 PWM 脉宽调节角度，周期为 20ms，占空比 0.5ms 到 2.5ms 的脉宽电平对应舵机 0 度到 180 度角度范围。因此，我们就可以通过 IAP15W4K61S4 单片机产生不同占空比的方波，来控制舵机轴的不同位置，从而控制舵机的转动。

2 硬件设计
由于单片机在实际中的输出电流很小，本次就使用了 74HC244 来增加输出电流。另外，机器人的头部舵机的信号线是通过 P27 与 74HC244 相连间接控制的。

图 2
3软件设计

本次我们是通过定时器 T0 控制 IO 口输出高低电平的时间来输出 PWM。首先，我们介绍一下 IO 口以及定时器相关寄存器。
（1）数据寄存器 Px

Px 对应的输入输出数据，以 P0 为例，如下图所示：

图 3
（2）模式寄存器

每个引脚对应的两个模式寄存器共同决定了引脚的工作模式，以 P0 为例，如下图所示：

图 4
（3）定时器/计数器 0/1 控制寄存器 TCON

图 5
TF0：T0 溢出中断标志。T0 被允许计数以后，从初值开始加 1 计数，当产生溢出时，由硬件置 1TF0，向 CPU 请求中断，一致保持到 CPU 响应该中断时，才由硬件清 0。
TR0：定时器的运行控制位。该位由软件社设置清零。
IE0：外部中断 0 请求源（INT0/P3.2）标志。IE0=1 外部中断 0 向 CPU 请求中断，当 CPU 响应外部中断时，由硬件清 0 。
IT0：外部中断源 0 触发控制位。IT0=0，上升沿或下降沿均可触发外部中断 0。IT0=1，外部中断 0 程控为下降沿触发方式。
（4）计时器/计数器工作模式寄存器 TMOD

图 6
M1，M0：定时器/计数器模式选择。C/T：清 0 作为定时器，置 1 作为计数器。
关于其它的寄存器，可以参考 IAP15W4K61S4 的数据手册。

代码中，我们首先将 IO 口初始化。

代码1
将 IO 口设置为准双向口，默认低电平，然后通过赋值给 P27 一或者零，来

控制 P27 口输出高低电平。

关于定时器的使用，首先进行初始化。

（1）设置辅助寄存器 AUXR，将定时器 0 设为传统 8051 速度的 12 分频。

（2）设置定时器 0 为 16 位不可重装载模式，TH0、TL0 全用。

（3）清除 T0 溢出中断标志。

（4）允许 T0 产生中断。

（5）打开总中断

代码2

完成定时器 0 初始化之后，就必须通过函数 Timer0(unsigned int us)给 TH0、TL0 填值。当时间到了，程序就可以进入定时中断函数 T0_Inter(void) interrupt 1。当进入一次中断之后，如果还要再次进入定时中断函数，就必须再一次装载定时器。

代码3
我们在中断函数中再次装载定时器，改变 PWM 的占空比，让舵机不停的更换角度，从而达到使机器人做出摇头的效果。

代码4

4实验现象

首先打开下载软件 STC-ISP。

图 7
（1）点击 Keil 仿真设置，添加 STC 相关的头文件。STC 的相关头文件路径是我们之前安装 Keil C51 的路径，如果之前采用的默认路径，那么选择 C 盘 Keil 文件夹。

图 8
（2）添加完 STC 相关的头文件，点击弹窗中的确定。

图 9

（3）设置单片机的型号、最低波特率、最高波特率如下图所示，硬件选项等选项默认即可。串口号根据实际情况选择。

图 10
（4）点击打开程序文件，选择我们例程中的.hex 文件。

图 11
（5）点击下载/编程，下载代码。

图 12

（6）按一下电路板上面的 RST 按键，完成下载。

图 13

代码下载完成之后，打开机器人的电源开关，运行代码，就能看到我们的机器人在做摇头动作。

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文件下载请点击：

4_舵机的基本控制.pdf (1.14 MB)

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