【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 p+ L: |6 D5 E2 D
1 舵机简介

本章，我们将使用 IAP15W4K61S4 单片机控制舵机的转动。


; Q( C, r# w) t' E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。
它的输入线一共 3 条，电源线、地线和控制线。

3 |! P/ n, H% l, `9 O+ T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。
7 X, {- A: M# t% i( p5 [% F5 U" Z
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。
' i. z: d6 T& u+ @# @

图 2
  M7 P, r3 P1 c0 ?9 k3软件设计

  R4 v6 Y  p  v1 [6 [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

5 B) ^  g- W6 V  v* M$ s& }- o0 TPx 对应的输入输出数据，以 P0 为例，如下图所示：


! q7 Y9 Q" Z9 j. s7 t图 3
* O+ S% U% S: T9 A& v7 L（2）模式寄存器
0 t3 E5 P) E0 {6 E) ^: h0 B+ M6 Y4 g  |
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：
- z6 m3 ]; A* b. U, Z! y8 g( n+ [
5 @& N/ s! n- X0 P
. @  Z) }# W7 x8 F; i' V+ ~图 4
2 _6 U) [4 M+ P+ W8 m2 d（3）定时器/计数器 0/1 控制寄存器 TCON
* Q7 e! f4 _' H7 j$ Y! L  k: r- v

图 5
8 m) f5 R- w& \3 _- U0 \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。
TR0：定时器的运行控制位。该位由软件社设置清零。

# m( M3 D- [9 u6 }& W- w2 cIE0：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
8 n+ f# t8 S) h) b- y- `% |" r1 ~

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。
; s& a6 G" U3 O: ^. O
( g* k$ [6 R) ^( y代码中，我们首先将 IO 口初始化。


9 X3 \2 S6 c; ~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

( X+ R. \& J  p5 s2 M控制 P27 口输出高低电平。
8 @" Y7 \; o! i- R7 H
关于定时器的使用，首先进行初始化。
2 Z9 s/ z5 C4 H( ?. l! r" l
2 i' t7 o* m8 B* d+ j# F8 \8 \（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。

% ^% r/ P! c& Y+ o（2）设置定时器 0 为 16 位不可重装载模式，TH0、TL0 全用。
* f' N1 |! e4 I) X' d5 M
& f1 m/ j- v! N  v/ v（3）清除 T0 溢出中断标志。
% W) I4 J0 |2 D' O' d
（4）允许 T0 产生中断。

0 K2 F2 x* z2 S2 M3 Q（5）打开总中断


( P. Q; Y1 O. u3 t4 V2 Q! f代码2
- y0 _, q6 H' g6 c$ v
5 Z- F1 _, L" I5 @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。

# j3 f4 x" i" Z5 H7 X4 m- E) ^
6 j1 r4 ^; E) M+ h' C. V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。
+ }. ?1 e$ S7 \; R2 B* p
' ]+ W. p& X3 _3 ^) k9 K) ~/ x/ P
/ ^5 J: M: D/ \: T1 P5 W* P代码4

4实验现象

: r. v1 a0 m0 s2 t3 f% Q4 e% X首先打开下载软件 STC-ISP。

3 g+ ?( S6 J; L9 V
' m3 u% J* G) r- _/ d图 7
（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。

) A* ?: J5 n$ C$ n( ~3 l& }3 B
图 8
（2）添加完 STC 相关的头文件，点击弹窗中的确定。
* _3 B. q/ v% g9 G9 ~( C
* j" r  v8 T! L        
图 9

（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。
! O$ m, A; {1 }$ `3 O
& L4 x+ c7 [& P( n7 ]
图 10
（4）点击打开程序文件，选择我们例程中的.hex 文件。
- y' v1 P) f& u: }2 X6 n% a& }" H6 E$ h
2 s, G2 \3 e' j1 g) A
) @% H0 W$ {) M+ b+ N) R图 11
（5）点击下载/编程，下载代码。

' B, y* G- Z4 H! N) k        
3 a/ c# x& @/ ^# G/ k" U图 12
/ B7 `+ W5 {# D# U
（6）按一下电路板上面的 RST 按键，完成下载。


图 13
' C1 u/ {) H- a- N( U
7 m5 Y! Q9 B7 ?  b: C
. O* W( }6 e% j8 I" U2 f& Q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。
0 f. l) z$ N0 Q; n
3 Z; f, G( N6 I' C4 g5 F. t' Z8 i
$ H! f3 A- ~0 @4 v  H/ x' o, Q配套资料：https://www.fengke.club/GeekMart/su_fV1WzKsGQ.jsp
$ ~+ g2 T+ f3 V配套视频：https://www.fengke.club/GeekMart/su_fBdB1yTU0.jsp
套件地址：http://shop115904315.taobao.com
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2022-7-1 19:15 上传

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( w. v: e, c1 A8 a7 Z6 J

mellifluous

刚开始学习单片机。。。