带机械臂的四轮足复合式机器人+CAD图纸(6)
图7.31 舵机控制信号
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。
为保证软件在定时中断里采集其他信号，并且使发生PWM信号的程序不影响中断程序的运行(如果这些程序所占用时间过长，有可能会发生中断程序还未结束，下次中断又到来的后果)，所以需要将采集信号的函数放在长定时中断过程中执行，也就是说每经过两次中断执行一次这些程序，执行的周期还是20ms。软件流程如图7.32所示。
7.4 步进电机单片机控制
7.4.1 步进电机控制系统组成 如图 7.4
图 7.4
与传统步进控制器相比较有以下优点：
1）用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制。
2）只要负载是在步进电机允许的范围之内，每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。
3）根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始位置，便可知道步进电机的最终位置。
7.42 步进电机控制系统原理
（1） 脉冲序列的生成
图7.42
脉冲幅值：由数字元件电平决定。
TTL 0 ～ 5V
CMOS 0 ～ 10V
接通和断开时间可用延时的办法控制。以达
到确保步进到位。
7.43方向控制
步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。 三相吹冰拍，通电顺序为:
正转：A→AB→B→BC→C→CA
反转：A→AC→C→CB→B→BA
改变通电顺序可以改变步进电机的转向
（2）脉冲分配
实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种，软件法和硬件法。
软件法：在电动机运行过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了大量的CPU时间，可能使单