工控伺服大师揭秘AVR单片机驱动舵机的精髓

导语:舵机(servomotor),又称伺服电机,主要由外壳、电路板、马达、减速齿轮和调节器构成。它广泛应用于需要精确角度控制的系统,如人形机器人的手臂和腿部,以及车模和航模的方向控制。目前,市面上主流的舵机产品主要来源于日本、韩国以及中国。本文基于舵机工作原理,采用Atmega8L单片机作为舵机电路板的控制芯片,对其进行了实验,并取得了显著效果。

舵机会通过接收到的信号与基准电压相比较,从而产生一个直流偏置电压。这一过程涉及到一个20ms周期的基准信号,该信号与直流偏置电压进行比较,以确定最终输出值。当输出达到0时,马达停止转动,而当输出为正负时,则依据马达旋转方向来决定马达是否启动或逆转。此外,由于减速齿轮带动调节器旋转,当输入正确时,即使在没有外力作用下也能保持稳定位置。

基于AVR单片机驱动舵机关键在于对PWM信号的处理。通常情况下,舵机会根据PWM占空比来调整其转角范围,这一范围通常是从0到180度。在设计实验电路时,我们使用Atmega8L单片机与专用驱动芯片L298N连接,以实现基本原理。在这一过程中,我们利用T0计数器读取来自上位机发出的PWM信号,并通过A/D转换获取当前调节器上的电位器读数。

为了避免第一次计时不准确的问题,我们忽略了PWM高端第一次时间,从第二个高端开始计算。同样地,在生成两路16位PWM信号以供T1定时器使用时,我们采用8次分频模式并将ICR1设置为1023,使得计数最大值与A/D转换后的最大值匹配,同时我们还引入PID调节以保证更快且更稳定的位置响应。

最后,我们通过TWI协议实现了单片机会话PC端通信,使得可以精确传输目标位置,并且方便调整PID参数以优化性能。

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