3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)電路可以基于單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，單片機(jī)最小系統(tǒng)通常包括電源、晶振和復(fù)位電路。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的控制，必須首先產(chǎn)生基本的PWM周期信號(hào)，即產(chǎn)生20 ms的周期信號(hào)，其次要調(diào)整脈寬，即調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出PWM信號(hào)的占空比。單片機(jī)能使PWM信號(hào)的脈沖寬度實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的變化，因而具有較高的控制精度，單片機(jī)可以通過(guò)控制算法將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為PWM信號(hào)輸出到舵機(jī)信號(hào)線上。但由于單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)字系統(tǒng)，其工作方式由程序決定，而控制信號(hào)的變化完全依靠硬件計(jì)數(shù)，所以受外界干擾小，系統(tǒng)可靠程度高。

　　在用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)之前，要先確定舵機(jī)的功率，然后選擇足夠功率的電源為舵機(jī)供電，而舵機(jī)信號(hào)控制端則只需要直接接在單片機(jī)I/O口上即可。一個(gè)多路舵機(jī)電路的設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

　　3.2 軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)使用的是單片機(jī)的定時(shí)器方式2，方式2又被稱為8位初值自動(dòng)重裝定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，THX被作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLX計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在溢出標(biāo)志TFX置1的同時(shí)，還會(huì)自動(dòng)將THX中的常數(shù)重新裝入TLX中，使TLX從初值開始重新計(jì)數(shù)，這樣就避免了人為軟件重裝初值所帶來(lái)的時(shí)間誤差，從而提高了定時(shí)器的計(jì)數(shù)精度，因此，方式2特別適合用做對(duì)精度要求較高的脈沖信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。因?yàn)槠溆?jì)數(shù)器只有8位，故最多能裝載的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為28=256個(gè)，在12 MHz的晶振頻率下，單次最多可計(jì)時(shí)256μs。系統(tǒng)軟件可以基于Keil編寫，Proteus可直接調(diào)用Keil編譯生成的.HEX(16進(jìn)制)文件進(jìn)行仿真，當(dāng)Keil程序修改重新編譯后，Proteus不用做任何改動(dòng)，直接運(yùn)行便可看到修改后的程序運(yùn)行效果。

　　現(xiàn)以四路舵機(jī)控制為例來(lái)定義五個(gè)變量count，servo1，servo2，servo3，servo4。變量count用于對(duì)中斷計(jì)數(shù)，servo1～4用于存儲(chǔ)四個(gè)PWM信號(hào)的脈寬值，程序中使用0.05 ms的定時(shí)器周期，定時(shí)器每0.05 ms產(chǎn)生一次中斷，同時(shí)變量count加1，當(dāng)count加到400時(shí)，表示20 ms時(shí)間到，count歸零重新計(jì)數(shù)，在每一次重新計(jì)數(shù)開始時(shí)，單片機(jī)的所有舵機(jī)控制I/O口置高，當(dāng)count加到等于servo1時(shí)，控制舵機(jī)1的I/O口置低，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期為20 ms，脈沖寬度等于servo1×0.05 ms的PWM脈沖，其他三路與之類似。servo1～4的值可通過(guò)按鍵輸入改變，因定時(shí)器周期為0.05 ms，故PWM可控脈寬步進(jìn)值為0.05 ms，對(duì)應(yīng)被控舵機(jī)的輸出角度步進(jìn)4.5°。如果需要更小的步進(jìn)值，只需改變定時(shí)器周期和幾個(gè)變量的值即可，如果需要更多路的PWM波輸出，也僅需相應(yīng)增加幾個(gè)變量即可;如果需要更多按鍵來(lái)控制舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角，最好將按鍵接稱陣列式，這樣比較節(jié)省I/O口。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)需要0.05 ms的計(jì)數(shù)周期時(shí)，應(yīng)將THX和TLX都寫入0xCE。設(shè)4個(gè)舵機(jī)的信號(hào)端口分別為IO1～I(xiàn)O4，其中斷程序流程圖如圖3所示。

　　系統(tǒng)中的主程序包含定時(shí)器的設(shè)置與使能、按鍵檢測(cè)、變量賦值等，在此不再贅述。

　　4 系統(tǒng)仿真

　　在Proteus中繪制好電路，同時(shí)設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，然后運(yùn)行程序，即可直觀地看到程序執(zhí)行結(jié)果，通過(guò)按鍵還可改變舵機(jī)的輸出角度。舵機(jī)輸出角度執(zhí)行結(jié)果如圖4所示。

　　通過(guò)系統(tǒng)中連接的示波器可以顯示多路PWM波輸出結(jié)果。其PWM波形如圖5所示，圖中的方格橫向每格代表0.2 ms，縱向每格代表5 V。從示波器仿真結(jié)果來(lái)看，輸出的四路PWM波與四個(gè)舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)，其波形都非常好。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本文通過(guò)在Proteus中對(duì)電路的設(shè)計(jì)和Keil中對(duì)軟件的編寫，用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了多路PWM脈沖的輸出，該系統(tǒng)具有硬件電路簡(jiǎn)單、軟件可靠、資源節(jié)省等特點(diǎn)。可用于航模、機(jī)器人等設(shè)計(jì)制作過(guò)程中的舵機(jī)控制和輔助系統(tǒng)調(diào)試，也可以用于其他需要多路PWM脈沖的系統(tǒng)。