【开发教程5】人形街舞机器人-舵机的基本控制

FutureX

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
5 M+ q5 P9 J& K! }/ a' e. J
( y+ M+ r$ U$ F. D) G9 l2 V" \本章，我们将使用 IAP15W4K61S4 单片机控制舵机的转动。
$ Y( a5 u7 e3 b
, N; {2 _1 _5 Y8 C. ~; u+ M
  I; W1 p/ B1 C( T5 g* n5 b5 ^( l$ o图 1
( L6 {* l0 U/ r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。

4 I( C8 P1 O5 p7 t3 n: @* c" O% y' b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。

$ s$ p3 M( M6 w; p: `( \  q4 b
) D0 Y: _7 V* B' o6 k图 2
3软件设计
" x7 N$ S" N. X8 X
" E5 i7 A& ^$ e" x4 G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

+ c7 b+ Z' n+ J# i) lPx 对应的输入输出数据，以 P0 为例，如下图所示：

# }' w3 X4 D2 Y" u1 U
0 G& u: |4 `7 p$ `9 @( j  Q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：

0 Z% R8 J  u, t, e! d# ]
0 x* m) b/ N8 k! E图 4
（3）定时器/计数器 0/1 控制寄存器 TCON

8 y. {* q8 h+ i+ q9 z9 q; V# B
7 l4 ?" f; g, {* x图 5
: B$ ~: _! r: ETF0：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。
* U; l( f" C! B, D8 D2 lTR0：定时器的运行控制位。该位由软件社设置清零。
! p$ ]! q' w4 k2 R1 w
$ ~4 u2 {) p- h1 D$ I+ G$ }& o+ uIE0：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
! E6 Q  h# C0 R3 {- Z
! Q. ~0 O$ [- d$ N
3 F" D8 T/ h5 ]9 K2 o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。

3 B$ e& L2 g: y8 E# o. y, A代码中，我们首先将 IO 口初始化。
3 Y  b! x. Z' d* [0 P1 k

/ F9 ]* {) G7 Y3 U% E' U& W% r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

: ^7 P) m; E0 _2 f6 k/ D# R" B8 ]  @- \控制 P27 口输出高低电平。

- b; t$ n! y) q* y& J1 c关于定时器的使用，首先进行初始化。
7 |0 Q2 F* z8 _( g* N5 n
+ Y1 x% ^: w5 q0 a（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。
  T7 ?  F* M/ N$ v* @9 ~, C1 U: G
（2）设置定时器 0 为 16 位不可重装载模式，TH0、TL0 全用。
- h. v6 ^& l7 s, k- h* H  C% n: H
; R- G, Y! C* X（3）清除 T0 溢出中断标志。

" A3 n+ I/ k6 d（4）允许 T0 产生中断。
( L3 M7 V% t5 d! V1 B
（5）打开总中断
+ p  J- N: ^+ V7 Y& @& o5 N

0 Y* C5 e! l3 I6 M2 H. K* @代码2

) D4 b$ \. h+ @4 j, C9 }( o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。
/ ^# r3 L1 b* ?. E" \$ ^7 k+ L, a

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。
. N( w) O% k# y$ Z5 n4 b! o

图 7
; W1 W$ k2 q- F) K（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。
  B( B* q, s  ]* L8 I

/ Z- p9 o+ W& Y" C4 M2 @& \7 l图 8
+ G9 D* a4 w- K$ V. P（2）添加完 STC 相关的头文件，点击弹窗中的确定。

1 i6 ?3 }- b# U" D. h7 m$ i- h  i        
5 T& o1 \3 J2 _$ M图 9

3 c$ p, M/ I8 n（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。
: |% t# L1 o8 t
8 c. C8 ?: o  d& a& P6 M
图 10
（4）点击打开程序文件，选择我们例程中的.hex 文件。
. D, c. G* t+ ~! {9 l( k/ Y( Y
: T7 p+ n5 ?. L& V) o
图 11
6 Z" h) L  S( a8 H& ^（5）点击下载/编程，下载代码。
6 F( w% h: W8 Q+ B5 Q+ g
       
图 12

（6）按一下电路板上面的 RST 按键，完成下载。
# L  t( U( ^& @7 T5 a. p2 g8 i: j5 H# v
$ u/ {4 s1 z; v* y, `
图 13
, s( G; G' y3 o$ b/ U$ v
+ y  O& Y1 b& G3 I
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。

: o! ?) s0 Q" @* r3 O& m
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2022-7-1 19:15 上传

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mellifluous

刚开始学习单片机。。。
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