【51单片机】SG90舵机控制_sg90舵机模块

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前言

本章将向大家介绍SG90舵机模块使用，通过本章的学习，让大家能快速上手51单片机应用开发

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一、SG90舵机模块简介

1.舵机简介

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机只是一种通俗的叫法，其实质是一个伺服马达。舵机主要分为模拟舵机和数字舵机。模拟舵机：需要不断的发送目的地PWM信号，才能旋转到指定位置。例如：我现在让它旋转90度，我就需要不断的发送90度的PWM信号直到到达指定位置才能停止。数字舵机：只需给一个目的地PWM信号，即可旋转到指定位置。例如：我现在让它旋转90度，我只需要发送一次90度的PWM信号，它就可以旋转到90度。
SG90模拟舵机在市面上十分常见，价格也比较便宜。常用于航模，机器人或智能小车等。如下图所示：

一个舵机有三条线：VCC（红线）、GND（棕色线）和信号线（橙色线）。只要通过信号线给予规定的控制信号即可实现舵机码盘的转动。

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2.模块参数

（1）模块主要电气参数
使用电压：4.8V-6V
尺寸：221.5mmX11.8mmX22.7mm
重量：9g
无负载速度：0.12S/60度（4.8V）
堵转扭矩：1.2-1.4公斤/cm（4.8V）
使用温度：-30~+60摄氏度
死区设定：7us
高精度 可达0.2cm
（2）模块引脚
一个舵机有三条线：VCC（红线）、GND（棕色线）和信号线（橙色线）。只要通过信号线给予规定的控制信号即可实现舵机码盘的转动。

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3.模块工作原理

舵机内部有一个基准电压，微处理器产生的PWM信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压，与舵机内部的基准电压作比较，获得电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片上，从而决定正反转。当舵机开始旋转的时候，舵机内部通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为零，电机停止转动。
我们无需了解其内部构造，只需知道如何通过PWM控制其转动即可。
①我们需要使用单片机产生周期为20ms，高电平t等于0.5ms-2.5ms之间的这样一个方波。可以使用定时器+中断产生这样的方波。波形如下所示：

高电平在一个周期（20ms）的持续时间对应的舵机角度，如下图所示：

②简单讲一下编程思想，我所使用的是方法是定时器+中断，定时器每0.5ms中断一次，需要中断40次才能达到20ms。我们此时需要一个全局变量来记录中断的次数，当中断达到40次时，全局变量重新清零。当中断次数小于a时，信号线输出高电平，否则输出零。此时a的值对应关系如下（1–0度，2–45度，3–90度，4–135度，5–180度）。
该方法在基础实验DAC实验已经讲解，其实就是产生PWM，通过控制PWM占空比来控制舵机旋转角度。

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二、硬件设计

1.硬件准备

本实验所需要的硬件资源如下：
①普中51开发板1个
②SG90舵机模块1个
③USB线1条（用于供电和程序下载）

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2.硬件连接

接线说明：SG90舵机模块–>单片机IO
橙色(信号线)–>P21
红色(电源正)–>5V
褐色(电源负)–>GND

	  独立按键模块-->单片机IO
	  K1-->P31
	  K2-->P30
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三、软件设计

本实验程序是在开发板基础实验“LCD1602液晶显示实验”基础上修改，在App文件夹内新建了key、pwm文件夹用于存放按键和PWM相关的驱动程序，在该文件夹内均新建了2个文件，一个.c源文件和一个.h头文件。将该文件添加到App工程组中，并添加对应头文件路径，这些操作如果不会请看基础实验视频教程，此处不再重复。添加好的工程如下所示：

key.c是独立按键实验相关代码，PWM是DAC实验代码，我们仅对SG90舵机控制相关代码进行讲解，其它代码看基础实验教程。

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1.main.c文件

main.c文件比较简单，就是将前面的功能代码进行整合。如下：

/**************************************************************************************
实验名称：SG90舵机实验
接线说明：SG90舵机模块-->单片机IO
		  橙色(信号线)-->P21
		  红色(电源正)-->5V
		  褐色(电源负)-->GND

		  独立按键模块-->单片机IO
		  K1-->P31
		  K2-->P30
		  	
实验现象：下载程序后，按下K1键控制舵机正转，按下K2键控制舵机反转
注意事项：																				  
***************************************************************************************/
#include "public.h"
#include "key.h"
#include "pwm.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	u8 key=0;
	u8 duty_value=0;

	pwm_init(0XFE,0X33,40,duty_value);//定时时间为0.5ms，PWM周期是40*0.5ms=20ms，初始占空比为0ms
	
	while(1)
	{
		key=key_scan(0);
		if(key==KEY1_PRESS)	
		{
			if(duty_value<=3)
				duty_value+=1;//以0.5ms步进递增45度
			pwm_set_duty_cycle(duty_value);
		}
		else if(key==KEY2_PRESS)
		{
			if(duty_value>=1)
				duty_value-=1;//以0.5ms步进递减
			pwm_set_duty_cycle(duty_value);
		}				
	}	
}
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在main函数中，首先调用pwm_init(0XFE,0X33,40,duty_value)函数，将定时器0中断时间设置为0.5ms，即每0.5ms进入一次中断，PWM周期为400.5ms=20ms。占空比通过变量duty_value改变，初值为0，此时舵机默认为0度。然后进入while循环中，检测K1和K2键是否按下，若K1键按下，duty_value加1，即以0.5ms为步进增加，且修改占空比值，此时舵机也以45度修改，最大增加到4，即2ms高电平（445度=180度，和理论中高电平时间对应角度有偏差，但依然是180度旋转）。若K2键按下，duty_value减1，即以0.5ms为步进递减，且修改占空比值，此时舵机也以45度修改，最小减到0。

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四、实验现象

B站演示视频：https://space.bilibili.com/444388619

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联系作者

B站演示视频：https://space.bilibili.com/444388619
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