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关于舵机，目前网络上和书本上，很难找到详细可行的资料（如果有，那估计是我眼瞎，不要理我就好啦-
-！），我在制作ROBOTCUP搬运机器人的过程中，由于听取学长的“建议”，采用舵机作为机器人的驱动，加之当时太年轻，使用90系列51单片机，所以一个舵机耗了3个月，并没有按照预期，参加比赛（这个也真的不怪谁，不走个弯路，也不会对舵机和51单片机有如今的大彻大悟-
-！）。所以啊，如果有学弟学妹，想要在以后做之类的比赛甚至于从事相关的工作，那么好好研究下舵机的控制，对你是十分有帮助的（无论是对于舵机控制的原理还是对主控芯片的理解都很有帮助）。关于舵机的控制，我查询过相关的资料，也请教过我的导师，但是结果都很不满意，舵机乱转，转速控制不精确，出现过各种问题。最终，我也硬是通过砸钱和砸时间（20块一个的PWM调制器不知道烧了多少-
-！这个反正烧的不是我的，不心疼，但是90块一个舵机，加上60块一个的航模PWM舵机调制器还是砸了几百块进去的），和小伙伴通过实验，反复测试得到的结果，在这里分享出来，希望能帮助到学弟学妹。
首先，舵机是做什么的？舵机按照旋转的角度，可以分为180°和360°连续旋转舵机。180°舵机，顾名思义，就是只能旋转180°的舵机，我们可以通过一定的方法，精确的控制舵机旋转的角度，因此，就我目前接触到的比赛来看，180°舵机在双足机器人以及飞思卡尔竞速车的转向上使用的很多，双足机器人就是模仿人走路的机器人，通过控制180°舵机转动的角度，完成指定的动作。飞思卡尔转向类似于汽车使用方向盘转向，舵机就起到方向盘的作用。360°连续旋转舵机，可以通过一定手段，控制舵机的旋转方向和速度，因此，也常常用于小车型机器人的驱动上。这里需要说明的是，180°舵机是无法调速的，就是说，他始终会以最快速度，朝着你设定的角度旋转，直到旋转到目标角度停止。而360°舵机是无法控制旋转的角度的，只可以控制转和停，正转和反转以及转速。
下面是舵机：
安装有180°舵机的双足机器人：
安装有360°舵机的搬运机器人：
上一段中，我提到可以通过一定的方法，控制舵机，到底是什么方法?PWM!我也不是什么老教授，我不喜欢说太多抽象的理论，这里，只需要知道，要控制舵机，我们要让单片机输出一个周期为20ms-30ms，高电平为0.5ms-2.5ms的信号即可。
关于硬件上的设计，无非是保证供电的稳定和预留出PWM的接口，由于我本身也不是做硬件的，这里就不详细说明了，这里附上一张图，感兴趣的小伙伴可以研究一下，如果对硬件上有其他的问题，也可以私下联系我，我们组做硬件的小伙伴，还是很厉害的。
我这里对360°舵机如果通过51单片机的程序进行控制做详细的说明。对于360°舵机而言，PWM高电平为0.5-1.5ms为正转区间，1.5-2.5ms为反转区间，1.5ms为舵机刹车点，实际测试过程中，我使用的舵机，高电平0.5ms-1.37ms为以最大速度正转，正转的调速高电平区间为1.37ms-1.47ms（高电平越靠近1.5ms，舵机转速越慢），高电平1.53ms-2.5ms为以最大速度反转，反转调速高电平区间为：1.53-1.63ms（高电平越靠近1.5ms，舵机转速越慢），刹车高电平区间为：1.47-1.53ms。是不是感觉很简单呢？听起来好像是挺简单的，但是有没有想过如何使用51单片机产生我们需要的PWM呢？有小伙伴会说，用定时器啊！当然，我一开始也是这么想的，看看下面这段程序：
unsigned int
i=1;
int n;
void
ste360(n){
TMOD=0X01;
TL0=0XF6; //
0.01ms
TH0=0XFF;
TR0=1;
EA=1;
ET0=1;
P1=0X00;
while(1);
}
void _pwm () interrupt 1
{
TH0=0xff; //
0.01ms
TL0=0xF6;
i++;
if(i<=n){
P1=0XFF; //
1.37<<1.47-1.54<<1.63
} else
P1=0x00;
if(i>=2000){
i=1;
}
}
看起来程序好像没有什么问题，ste360(n)这个函数，n就可以控制pwm高电平的时间，我设定定时器为每0.01ms进入一次中断，所以，要想得到1.5ms高电平，是不是n填写150就行了？答案是否定的，至于具体结果怎么样，我这里就不截图了，没有在学校没法用示波器，之后完善吧。我这里告诉你，虽然程序逻辑是没有问题的，计算出来确实是1.5ms，但是结果可能是高电平为3ms+，为什么？这个问题困惑了我挺久，我和学长也讨论过，他说，编译过程中，会将我们写的c文件，编译成汇编文件，然后转成机器语言，这个过程中可能会有误差。而我觉得，晶振本身是有误差的，其次，这样反复的进入中断，细小的误差会被无限的放大。同样是使用c，stm32上pwm的精度高的离谱。所以，使用51单片机的8位定时器来控制舵机，在我看来，是完全不可行的（可以质疑我的能力，但是上面的程序是在我写的众多定时器控制pwm输出程序中早期的一个，放出来理解简单，但我在很长一段时间里，极力优化代码，尝试过各种思路，但是结果只能说有提升，但是远远达不到控制舵机的要求），有不怕死的小伙伴，也可以自己写点小程序，打在示波器上看看。不能用定时器，那怎么办？又有小伙伴说了，stc12系列的51单片机是自带8位pwm模块，是不是可以用12系列的单片机实现？看程序：
#include
//-----------------------------
// 7
6 5 4 | 3 2 1
0
sfr CCON=0xD8;//CF CR -
- | - - CCF1 CCF0
//-----------------------------
//CF:PCA计数阵列溢出标志.计数值翻转时由硬件置位。
//CR:PCA计数阵列运行控制位。
//CCF1:PCA模块1中断标志。当出现匹配或者捕获时由硬件置位。
//CCF0:PCA模块0中断标志。当出现匹配或者捕获时由硬件置位。
/
sfr
CCAP0L=0xEA;//PCA模块0的捕捉/比较寄存器低8位
sfr
CCAP0H=0xFA;//PCA模块0的捕捉/比较寄存器高8位
sfr
CCAPM0=0xDA;//PCA模块0的工作模式寄存器
//---------------------------------------
//7 6
5 4
3
2 1
0
//- ECMn CAPPn CAPNn MATn T0Gn PWMn
ECCFn
//----------------------------------------
//ECOMn:使能比较器，1时使能比较器功能
//CAPPn：正捕获，1时使能上升沿捕获
//CAPNn：负捕获，1时使能下降沿捕获
//MATn:匹配:1时，PCA计数器的值与模块的比较/捕获寄存器的值匹配将置位CCON寄存器中断标志位CCFn
//T0Gn:翻转，1时，工作在PCA告诉输出模式，PCA计数器的值与模块的比较/捕获寄存器的值匹配将是CEXn脚翻转
//PWMn:脉宽调节输出模式，1时，使能CEXn脚用做PWM输出
//EECFn:使能CCFn中断，使能寄存器CCON中的捕获/比较标志CCFn，用来产生中断
sfr
PCA_PWM0=0xF2;//PCA模块0,PWM寄存器
//-----------------------------------
//
7 6 5 4
3 2 1
0
//PCA_PWMn:- - - - | - -
EPCnH EPCnL
//-----------------------------------
sfr
CCAP1L=0xEB;
sfr
CCAP1H=0xFB;
sfr
CCAPM1=0xDB;
sfr
PCA_PWM1=0xF3;//
sbit
CR=0xDE;//因为只有能和8整除的才能位寻址，所以能些0xDE，看起来有冲突，实际上不会。
sfr AUXR1=0xA2;//PWM引脚位置
串口2位置 双DPTR选择 AD转换结果存放方式调整 SPI位置调整
void
ini_T0(void)
{
TMOD=0x02;//T0方式2
TH0=0xb2;
//12MH时
TL0=0xb2;
TR0=1;
}
//
//频率为50HZ
周期的1/50=0.02s,将0.02S分成256分：0.02/256=0.000078125S=0.078125ms
//0.078125为一份的时间
一共256份
//CCAP0L=223;CCAP0H=223;为2.5ms
//243时约为1ms (0.9375)
//CCAP0L=249;CCAP0H=248;为0.5ms
//236时为1.5ms (1.484375)
//230为2ms (2.03125)
void
main(void)
{
ini_T0();
//方式2，0.078125ms溢出，每溢出一次CL加1
CMOD=0x04;//定时器0溢出率作为时钟输入
//CIDL - -
- CPS2 CPS1 CPS0 ECF
//--------------------------------
//CIDL:计数阵列空闲控制，0时，空闲模式下PCA计数器继续工作；1时空闲模式PCA停止工作。
//----------------------------------------------
//CPS2
CPS1 CPS0: PCA计数脉冲选择
//000:系统时钟，FOSC/12
//001:系统时钟，FOSC/2
//010:定时器0的溢出，可实现可调频率PWM输出
//011:ECI/P3.4脚的外部时钟输入(最大速率FOSC/2)
//100:系统时钟,FOSC
//101:系统时钟/4,FOSC/4
//110:系统时钟/6,FOSC/6
//111:系统时钟/8,FOSC/8
//-----------------------------------------------
//ECF:PCA计数溢出中断使能:1时，使能寄存器CCON CF位的中断。0时禁止该功能。
CL=0x00;//清零自由递增计数的16位定时器的值
CH=0x00;//CH0为00
看结构图，CL前面是永远是0
//CCAP0L=223;//装入比较初值
//CCAP0H=223;
PCA_PWM0=0x00;
//EPC0H=0,EPC0L=0
CCAPM0=0x42;//设置ECOM1=1,PWM1=1.
//CCAP1L=223;
//CCAP1H=223;
PCA_PWM1=0x00;//EPC1H=0,EPC1L=0
CCAPM1=0x42;//设置ECOM1=1,PWM1=1.
CR=1;//CR=1,启动PCA阵列计数。
看151页，其中和CMOD的CIDL位有关，又和IDLE有关，看183页。
//AUXR1=0xc0;//PWM0从P1.3切换到P4.2
//PWM1从P1.4切换到P4.3
while(1)
{
//========================两舵机停止，中位调节用
CCAP0L=236;//装入比较初值
CCAP0H=236;
CCAP1L=230;//装入比较初值
CCAP1H=230;
while(1);
}
}
至于怎么调整pwm的高电平，修改上面CCAPXL和CCAPXH就可以了，这段代码不是我写的，但明显是个高手写的-
-！至于这段代码是怎么实现的，程序里的注释很详细，小伙伴们在学了郭天祥的教程以后，尝试着查看官方的手册吧，学习单片机，重要的不是你学会了多少多少东西，更重要的还是一种自学能力，翻手册，学这款芯片怎么用的能力。是不是大功告成了呢？并没有！！测试中我发现，CCAPXH和CCAPXL的值每改变1，PWM高电平改变0.07ms左右。那么问题来了，在前面我提到过，360°舵机调速的区间，只有0.1ms(1.47-1.37=0.1），这个0.07，是可以让舵机实现正转反转，以及停止，但是没办法调速，循迹小车是需要控制车子两侧的轮子产生转速差来控制方向的，没法调速，就没法实现循迹。造成这个问题的原因是什么？8位的pwm模块，8位的pwm，上面程序中的注释中有这样一段:
//频率为50HZ
周期的1/50=0.02s,将0.02S分成256分： 0.02/256=0.000078125S=0.078125ms
//0.078125为一份的时间
一共256份
很清楚了吧！那么是不是51单片机控制不了360°舵机呢？在我制作搬运机器人的过程中，有一段时间我是想过放弃的，但是最终，我发现了stc15系列单片机，很有意思的是，我在查询芯片的时候，15这款单片机是没有pwm模块的，后来才知道，这款芯片带有16位的定时器，这样，问题就迎刃而解了，官方提供的手册中，有用16位定时器（自动重装模式）实现8~16位PWM的示例，具体的程序在这里我就不列出来了，在15的手册100页，感兴趣的小伙伴，自己去看看吧。
好了，360°舵机基本上说完了，其实180°舵机也是相似的，只是高电平的不同代表着不同的角度，0.5ms为0°，2.5为180°。程序都是一样的。我在这里说下比较容易出现的问题吧。首先，电路上的设计，舵机要求的电压为6v-7.2v，你也许会发现5v其实舵机也能转，但是，低电压会带来很多未知的问题，比如舵机乱转，曾经有一段时间，我陷入舵机乱转的怪圈，我以为是我程序的问题，但是示波器显示没问题，以至于我以为是舵机坏了。实际上，是电池的问题，电池用的时间长了，电压不足，让舵机乱转。所以，电池我建议使用航模sss电池，这个电池是11.2V的，使用降压模块，降成7.2v，给舵机供电，将成5v给单片机和传感器供电就行了。另外，舵机的自己的电路有时候会对单片机有影响，最好加上光耦隔离，防止舵机电路对单片机的干扰。
最后，简单说下使用舵机驱动小车和电机相比，有什么优劣。首先，就电路而言，由于舵机内置有电路，因此我们做机器人设计电路的时候，仅需要设计好阴阳极和PWM信号输入的接口，非常简单。而普通的减速电机在设计电路的时候，则需要考虑到驱动芯片，就比较复杂了。淘宝上有现成的驱动模块，买回来也就直接用了。而在控制上，舵机对于PWM的精度要求也更高，上文中已经论述过了。价格方面，舵机的价格是普通减速电机的很多倍，但是昂贵的价格带来的是拖刹的快速响应，给定高电平1.5ms的pwm，舵机会立刻刹住以及其充沛的动力这一点是减速电机做不到的。所以到底是采用舵机还是电机，学弟学妹自己斟酌吧。
一不留神竟然写了4000字-
-!可以可以，如果觉得这篇文章不错，对你有帮助，也欢迎转载啦（请注明本文出处及作者）。我在大一加入了很多组织，最终在机器人协会找到了落脚点，从最初没有目的学习51单片机，做机器人，到现在有了目标，学习linux，学习开发智能路由器，在这个协会我还是学到了很多的东西的。现在呢，其实是以一种感恩的心态，在重复着往届学长学姐做的事情，很多优秀都是一种传承嘛！也欢迎各位小伙伴加入到重邮基协，加入到我们这个基情四射，整天撕逼的阵营中来吧-
-！我相信在这个良心协会（真的良心），你会学习到你想学的东西哒！若是对舵机的控制仍有疑问，可以在下方评论留言，我看到会尽快回复。
重庆邮电大学机器人协会
魏佩儒
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