梁婷

摘 要： 本文阐述了STC15F系列单片机产生双路可调占空比的PWM信号同时控制两只舵机的设计原理，同时详解了水平方位及垂直仰角方向舵机调节的程序设计，文中给出了PWM信号控制舵机角度精度的推算及编程实现，合理巧妙的利用单片机有限的资源，对于舵机角度控制的应用场景有较大的参考价值。

关键词： 单片机;PWM信号控制舵机;偏转角度设计

【中图分类号】TM33     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.33.145

1 舵机PWM信号与控制精度制定

1.1 PWM 信号的定义

PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度，具体的时间宽窄协议参考图1，给出了舵机一种标准协议规定的PWM控制舵机的信号波形图。

1.2 PWM信号控制舵机转到指定角度

舵机的角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的，这叫做脉冲编码调制（PCM）。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围，总间隔为2ms。脉冲的宽度将决定马达转动的距离。例如：1.5毫秒的脉冲，电机将转向90度的位置（通常称为中立位置，对于180°舵机来说，就是90°位置）。如果脉冲宽度小于1.5毫秒，那么电机轴向朝向0度方向。如果脉冲宽度大于1.5毫秒，轴向就朝向180度方向。以180度舵机为例，对应的控制关系是这样的：0.5ms对应0度、1.0ms对应45度、1.5ms对应90度、2.0ms对应135度、2.5ms对应180度;

1.3 PWM信号控制精度制定

假设用12MHZ的晶体振荡器作为时钟，单片机定时计时器的最小时间单元为 1uS。那么 0.5mS-2.5ms的宽度为 2mS = 2000uS。舵机可以转动 180 度，那么理论控制精度为180度÷2000=0.09 度。

8位单片机其数据分辨率为256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为 250 份。那么 0.5mS---2.5ms的寬度为 2mS = 2000uS。2000uS÷250=8uS，则PWM的控制精度为8us。我们可以以 8uS 为单位递增控制舵机转动与定位。舵机可以转动 180度，那么180 度÷250=0.72 度，则舵机的控制精度为 0.72度.

编程实践时，一个完整的PWM信号的周期20mS，设定20mS的调节占空比从0%至100%的调节值为从0至500。那么从0.5mS至2.5ms的调节值为从12.5至62.5，取程序计算数据的类型为整数类型，则180度÷50=3.6度。舵机的控制精度为 3.6度.

2 单片机两个定时计数器单元输出双路PWM信号的的程序设计

本文采用的是8位STC15F2K60S2测试设计程序。设定周期为20mS的PWM的信号调节占空比从0%至100%的调节值为从0至500的设计程序参考，其中选用11.0592MHZ的晶体振荡器作为时钟，与12MHZ的晶体振荡器作为时钟相比的有少许差异，但对控制精度的影响不大。增强型的8位单片机stc15F系列的单片机内部自带PWM信号发生器的有一些不可预知的跳变现象，会引起舵机的突然大幅度转动，在这里我们设定定时计数器T0和T1，在中断中断服务子函数实现单片机I/0口引脚持续稳定的PWM信号输出。图2给出定时计数器T1控制的第二路PWM程序参考。

两路独立的子函数程序 ConfigPWM1，ConfigPWM2，分设置定时计数器T0和T1，中断服务子函数实现单片机I/0口引脚持续稳定的双路PWM信号输出，相互独立，互不干扰。控制两路舵机，较好的完成控制水平方位及垂直仰角方向的调节，控制效果较为理想。

参考文献

[1] 一种无人机用一体式电动舵机的研究[J].李怀兵，徐豪榜，晋华峰，陆豪，聂振金.微电机.2017（04）.

[2] 电机控制中的16位PWM在C8051单片机中的实现[J].何曦光，阮祥发，赵燕.中国水运（学术版）.2006（05）.