一、PWM 舵機(jī)控制原理

PWM 舵機(jī)的核心是脈沖寬度與旋轉(zhuǎn)角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

舵機(jī)接收周期性的 PWM 信號(hào)（通常周期為 20ms，即頻率 50Hz），信號(hào)由高電平（有效電平）和低電平組成。

高電平的持續(xù)時(shí)間（脈沖寬度）決定舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度：

標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度范圍：0.5ms ~ 2.5ms（部分舵機(jī)可能略有差異，需參考手冊(cè)）。

對(duì)應(yīng)角度：通常 0.5ms 對(duì)應(yīng) 0°，1.5ms 對(duì)應(yīng)中間位置（如 90°），2.5ms 對(duì)應(yīng)最大角度（如 180°）。

線性關(guān)系：角度與脈沖寬度成線性比例，例如 1ms 對(duì)應(yīng) 30°，2ms 對(duì)應(yīng) 150°（具體需根據(jù)舵機(jī)量程校準(zhǔn)）。

二、關(guān)鍵控制參數(shù)

控制 PWM 舵機(jī)需明確以下核心參數(shù)，參數(shù)錯(cuò)誤可能導(dǎo)致舵機(jī)無(wú)響應(yīng)或損壞：

三、硬件連接方法

PWM 舵機(jī)通常有 3 根線（電源、地、信號(hào)線），連接需區(qū)分正負(fù)極和信號(hào)方向：

接線定義（常見(jiàn)顏色，以舵機(jī)手冊(cè)為準(zhǔn)）：

紅線：電源正極（VCC），接控制器或外部電源的正極（如 5V）。

棕線 / 黑線：電源負(fù)極（GND），接控制器和電源的地，需共地。

黃線 / 橙線：信號(hào)線（PWM IN），接控制器的 PWM 輸出引腳（如單片機(jī)的 GPIO 或?qū)Ｓ?PWM 口）。

供電注意事項(xiàng)：

小扭矩舵機(jī)（如 10kg 以下）可直接由控制器（如 Arduino）5V 引腳供電；

大扭矩舵機(jī)（如 50kg 以上）需外接獨(dú)立電源，避免控制器供電不足導(dǎo)致重啟或損壞。

四、軟件控制邏輯（以常見(jiàn)場(chǎng)景為例）

1. 基礎(chǔ)控制流程

初始化：設(shè)置控制器的 PWM 輸出引腳，配置頻率為 50Hz（周期 20ms）。

輸出脈沖：根據(jù)目標(biāo)角度計(jì)算對(duì)應(yīng)脈沖寬度，通過(guò) PWM 函數(shù)輸出信號(hào)。

保持角度：持續(xù)輸出該脈沖信號(hào)，舵機(jī)會(huì)穩(wěn)定在目標(biāo)角度；停止信號(hào)后舵機(jī)可能因外力偏移。

2. 角度與脈沖寬度換算公式

若舵機(jī)最大角度為 θ_max（如 180°），則目標(biāo)角度 α 對(duì)應(yīng)的脈沖寬度 P 計(jì)算為：P=0.5ms+(θmax?α?)×(2.5ms?0.5ms)
例如：180° 舵機(jī)，目標(biāo)角度 90° 時(shí)：P=0.5+(90/180)×2=1.5ms

3. 代碼示例（以 Arduino 為例）

Arduino 通過(guò)Servo庫(kù)簡(jiǎn)化 PWM 控制，無(wú)需手動(dòng)配置頻率：

cpp

運(yùn)行

#include   // 引入舵機(jī)庫(kù)  
Servo myservo;      // 創(chuàng)建舵機(jī)對(duì)象  
int angle = 0;      // 目標(biāo)角度  

void setup() {  
  myservo.attach(9); // 將舵機(jī)信號(hào)線接數(shù)字引腳9  
}  

void loop() {  
  // 從0°轉(zhuǎn)到180°，每次停留1秒  
  for (angle = 0; angle <= 180; angle += 1) {  
    myservo.write(angle);  // 輸出對(duì)應(yīng)角度的PWM信號(hào)  
    delay(15);            // 延遲等待舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到位  
  }  
  delay(1000);  

  // 從180°轉(zhuǎn)回0°  
  for (angle = 180; angle >= 0; angle -= 1) {  
    myservo.write(angle);  
    delay(15);  
  }  
  delay(1000);  
}  

4. 無(wú)庫(kù)直接控制（手動(dòng)生成 PWM）

若控制器無(wú)專用舵機(jī)庫(kù)，可通過(guò) GPIO 模擬 PWM 信號(hào)（以 51 單片機(jī)為例）：

c

運(yùn)行

// 假設(shè)P3.0為信號(hào)輸出引腳，周期20ms，脈沖寬度1.5ms（中間位置）  
void servo_control() {  
  P3_0 = 1;       // 高電平開(kāi)始  
  delay_us(1500); // 脈沖寬度1.5ms（需精確延時(shí)函數(shù)）  
  P3_0 = 0;       // 低電平  
  delay_ms(18);   // 補(bǔ)充周期至20ms（20ms - 1.5ms = 18.5ms，取近似值）  
}  

void main() {  
  while(1) {  
    servo_control(); // 持續(xù)輸出信號(hào)，舵機(jī)保持中間位置  
  }  
}  

五、進(jìn)階控制技巧

角度校準(zhǔn)：

部分舵機(jī)實(shí)際角度與理論值有偏差，可通過(guò)實(shí)測(cè)調(diào)整脈沖寬度：例如目標(biāo) 90° 時(shí)，實(shí)際需 1.4ms 脈沖，需手動(dòng)修正公式。

校準(zhǔn)方法：逐步增加脈沖寬度，記錄舵機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度，建立修正后的對(duì)應(yīng)表。

速度控制：

舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由角度變化的 “步長(zhǎng)” 和 “延遲時(shí)間” 決定：步長(zhǎng)越小、延遲越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)越慢（如每次轉(zhuǎn) 1°，延遲 20ms）。

避免瞬間大角度跳轉(zhuǎn)，防止舵機(jī)過(guò)載或齒輪損壞。

多舵機(jī)同步控制：

多個(gè)舵機(jī)需連接不同 PWM 引腳，通過(guò)循環(huán)依次輸出信號(hào)（注意總周期仍需保持 20ms）。

高負(fù)載場(chǎng)景建議使用專用舵機(jī)控制板（如 PCA9685），支持 I2C 通信控制 16 路舵機(jī)，減少主控制器資源占用。

六、注意事項(xiàng)

信號(hào)干擾：PWM 信號(hào)線易受電磁干擾，建議縮短信號(hào)線長(zhǎng)度，或在信號(hào)線與地之間接 100nF 電容濾波。

過(guò)流保護(hù)：大扭矩舵機(jī)啟動(dòng)瞬間電流較大，需在電源回路串聯(lián)保險(xiǎn)絲（如 1A~3A），避免短路燒毀設(shè)備。

溫度限制：長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作會(huì)導(dǎo)致舵機(jī)發(fā)熱，需預(yù)留散熱空間，避免超過(guò)額定工作溫度（通常 - 10℃~60℃）。

手冊(cè)優(yōu)先：不同品牌 / 型號(hào)舵機(jī)參數(shù)可能差異（如最大角度 360° 的連續(xù)旋轉(zhuǎn)舵機(jī)，脈沖寬度對(duì)應(yīng)速度而非角度），務(wù)必參考產(chǎn)品手冊(cè)。

通過(guò)以上方法，可實(shí)現(xiàn) PWM 型號(hào)舵機(jī)的精準(zhǔn)控制，適用于機(jī)器人關(guān)節(jié)、機(jī)械臂、自動(dòng)化閥門等各類場(chǎng)景。實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合硬件特性和場(chǎng)景需求，優(yōu)化參數(shù)以確保穩(wěn)定性和壽命。

審核編輯 黃宇