【疯壳·机器人教程5】人形街舞机器人-舵机的基本控制

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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

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9 a) C5 a8 V0 L. |4 n' S6 S: t
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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。
2 h: ?: J) L' ~) }2 T它的输入线一共 3 条，电源线、地线和控制线。
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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。
! ?9 ~2 [: V6 g& S
. T/ W. z  _3 }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。
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% t2 u2 Q3 F) R3 J
图 2
' x; L, z- G( Q6 U8 b3软件设计
8 V+ T+ k, W9 A& l$ i
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。
- O& r& w/ d0 [4 f6 \% y$ K（1）数据寄存器 Px
, {. J+ w2 j+ y7 l- q. W$ c! y  I
7 x' m; N& u6 I& ]. D! P/ J7 OPx 对应的输入输出数据，以 P0 为例，如下图所示：
( V8 Y$ l& ~* V7 j$ c

# g  u8 ^3 P0 }* T5 t图 3
（2）模式寄存器
7 \$ s2 V  O/ Q
! h# g  \: u, X  Q  R( Z& C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：

: e4 B) y% C1 P
6 A) @. r$ f( S" p8 i/ U0 a& V图 4
0 g9 f2 ^* M: |（3）定时器/计数器 0/1 控制寄存器 TCON

, [  q! I# t1 K( F
+ t; g  [* Y$ I1 Q& j# O" z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。
8 `6 W" _+ f3 o  UTR0：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
! x# m! e2 `. U

, H% C& v2 I" ^+ d图 6
( p5 V) o6 |& ~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。
. M. e% w5 R+ Y0 P" `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。

% R7 b* c, l2 Q% ~
代码1
" ]. R8 l8 q/ K" m; T9 w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。

7 E9 e" R( s, `; v- f6 n（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。
) q5 K$ u- u$ D7 M8 ?8 T: ?0 M
1 X. G6 r& o2 [( T! f$ a（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。
% t  k2 `; M9 ~7 b6 D1 ]3 `$ t
（4）允许 T0 产生中断。
  I4 v! K, y2 x" ^# x: \! X1 x8 @
（5）打开总中断
$ M$ d3 K5 C5 ^, j1 ^
& S; S, v, E/ K9 S0 Y& s: J
. G" j2 C$ ?$ F代码2

- I4 B, f. _1 h3 L$ ?& M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。
0 H4 Y; A1 K% Y& A3 o. ^

代码3
, C& O! ~+ f% G  T- j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。
3 E, O8 v8 s; b! M2 r6 V# ]2 n

- E% f1 v4 f6 m# I/ t, S0 @' R/ _, M# f代码4
( w- w. s+ S' |% ]- x, d
) ]+ B  {4 l; }" r& J% A2 S2 h4实验现象
( j7 X2 ^3 ~- b; M
首先打开下载软件 STC-ISP。
' O* J7 _7 b, f! h% J1 l8 {
& J1 s5 U5 ~3 p7 G, M
图 7
. k# ?/ K' n2 s（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。
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图 8
（2）添加完 STC 相关的头文件，点击弹窗中的确定。

       
0 \7 s0 T4 ]8 h; V. o3 x5 ~图 9
8 {: F) R1 _, ]: d
* n  A- e8 R% P（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。
3 p( b5 K% X3 I9 Z

图 10
2 o4 H/ W4 _: m2 {（4）点击打开程序文件，选择我们例程中的.hex 文件。

4 k8 ~/ E" }  g9 v) k$ W" ]
9 V6 G) c% _: ^& e. J6 G& r图 11
（5）点击下载/编程，下载代码。
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图 12
. l6 R7 ^! c  g) E
& q) X, z, @4 }" ]% |6 |（6）按一下电路板上面的 RST 按键，完成下载。
  b! f( d8 R, l. [! L* J  R. S
0 I8 C) N8 I8 K, Q% E1 K- w
图 13
  E3 g3 t5 H% D

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。
: k* f, o% o- u/ W
: a" \+ i# \( C) [) ]
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2022-8-24 15:34 上传

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