基于AT89S52单片机的舵机控制系统设计

摘要：文中设计了一种基于AT89S52单片机的舵机控制系统，单片机通过定时中断产生脉宽调制信号(PWM)来控制Futaba-S3003舵机转动。文中给出了系统的电路原理图和程序设计思路。
关键词：单片机；AT89S52；舵机

    舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。能够在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统很容易与之接口。鉴于舵机广泛的应用，文中设计了一种基于AT89S52单片机的舵机控制系统。

1 Futaba-S3003舵机
    常见的舵机厂家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。之所以用Futaba-S3003是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便宜的一种。图1为Futaba-S3003舵机的实物图，图2为Futaba-S3003舵机的引线示意图。

    舵机输出轴的转角由周期为20ms的脉冲信号控制，脉冲信号的脉宽从0．5ms变化到2．5ms，舵机输出轴的角度便随之从0°线性变化到180°，以几个特殊角度说明舵机输出转角与输入信号脉冲宽度之间的关系，如图3所示。

2 舵机控制系统设计
    要想实现对舵机的控制，由舵机的工作原理可知，只需生成与所需位置角度相对应的脉冲信号，即脉宽与位置角度相对应的周期为20ms的脉冲信号。这种信号很容易由单片机生成，而且脉宽精度可以达到1μs，则舵机转动角度精度可达1μs×1 80°／2ms=0．09°。
    舵机控制系统的proteus仿真原理图如图4所示，其中舵机的连接与图2所示接法不一致，这是由于proteus软件对舵机各引线的定义与Futaba-S3003不一致，实际电路的连接应该以图2为准。

    与单片机的P1．0脚相连的按钮控制舵机角度增加，与P1．1脚相连的按钮控制舵机角度减小，与P1．2脚相连的按钮控制舵机角度回到初始位置，在本设计中使舵机回到90°的位置。单片机的P3．7脚产生PWM信号以控制舵机，在该点连接示波器，仿真的时候可以看到PWM信号随着按钮的控制，脉宽增大或者减小或者恢复到1．5ms脉宽。

3 软件设计
    舵机控制程序用定时中断产生PWM信号，用查询方式对三个按键做出反应。程序流程图如图5所示。单片机的P1．0脚连接的按钮控制舵机角度增加，按钮按下时，先判断是否达到了最大角度180°，如果达到了180°则重新查询各个按钮，否则舵机角度按照程序设定的幅度增加；单片机的P1．1脚连接的按钮控制舵机角度减小，按钮按下时，先判断是否达到了最小角度0°，如果达到了0°则重新查询各个按钮，否则舵机角度按照程序设定的幅度减小；单片机的P1．2脚连接的按钮控制舵机角度回到初始位置，即90°位置。

    控制舵饥关键是要产生与角度相对应的PWM信号，单片机通过定时器中断产生PWM信号。定置，定义TL02和TH02用于PWM信号低电平定时初值设置。例如，舵机初始位置设在90°位置，对应的PWM信号脉宽为1．5ms，即PWM信号高电平为1．5ms，低电平为20ms-1．5ms=18．5ms。所以在程序开始部分如下设置：


    程序如此设置，系统上电后则在P3．7脚产生1．5ms高电平，然后18．5ms低电平，然后不断重复，舵机则保持在90°位置。如果有按钮被按下，则舵机按照程序设置角度增加或者减小，实质上是P3．7脚按照程序设置产生了脉宽增加或者减小的PWM信号。

4 结束语
    文中设计了一个基于单片机的舵机控制系统，控制方法简单方便，而且精度比较高。在此控制系统的基础上，在舵机上安装受控部件，并增加音乐播放，可做成有声有色的玩具。