目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"舵機PWM信號介紹 1\o"CurrentDocument"PWM信號的定義 1\o"CurrentDocument"PWM信號控制精度制定 2\o"CurrentDocument"單舵機拖動及調速算法 3\o"CurrentDocument"1.舵機為隨動機構 3\o"CurrentDocument"HG14-M舵機的位置控制方法 3\o"CurrentDocument"HG14-M舵機的運動協(xié)議 4\o"CurrentDocument"目標規(guī)劃系統(tǒng)的特征 5\o"CurrentDocument"舵機的追隨特性 5\o"CurrentDocument"舵機3值測定 6\o"CurrentDocument"舵機3值計算 6\o"CurrentDocument"采用雙擺試驗驗證 6\o"CurrentDocument"DAV的定義 7\o"CurrentDocument"DIV的定義 7\o"CurrentDocument"單舵機調速算法 8\o"CurrentDocument"舵機轉動時的極限下降沿PWM脈寬 8\o"CurrentDocument"8舵機聯(lián)動單周期PWM指令算法 10\o"CurrentDocument"控制要求 10\o"CurrentDocument"注意事項 10\o"CurrentDocument"8路PWM信號發(fā)生算法解析 11\o"CurrentDocument"N排序子程序RAM的制定 12\o"CurrentDocument"N差子程序解析 13\o"CurrentDocument"關于掃尾問題 14\o"CurrentDocument"提出掃尾的概念 14\o"CurrentDocument"掃尾值的計算 14'舵機PWM信號介紹PWM信號的定義PWM信號為脈寬調制信號，其特點在于他的上升沿與下降沿之間的時間寬度。具體的時間寬窄協(xié)議參考下列講述。我們目前使用的舵機主要依賴于模型行業(yè)的標準協(xié)議，隨著機器人行業(yè)的漸漸獨立，有些廠商已經(jīng)推出全新的舵機協(xié)議，這些舵機只能應用于機器人行業(yè)，已經(jīng)不能夠應用于傳統(tǒng)的模型上面了。目前，北京漢庫的HG14-M舵機可能是這個過渡時期的產(chǎn)物，它采用傳統(tǒng)的PWM協(xié)議，優(yōu)缺點一目了然。優(yōu)點是已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，成本低，旋轉角度大（目前所生產(chǎn)的都可達到185度）；缺點是控制比較復雜，畢竟采用PWM格式。但是它是一款數(shù)字型的舵機，其對PWM信號的要求較低：（1） 不用隨時接收指令，減少CPU的疲勞程度；（2） 可以位置自鎖、位置跟蹤，這方面超越了普通的步進電機；2500.5mS<"Ms+NMIV<2.5mS圖1-1其PWM格式注意的幾個要點：（1）上升沿最少為0.5mS，為0.5mS---2.5mS之間；（2） HG14-M數(shù)字舵機下降沿時間沒要求，目前采用0.5Ms就行；也就是說PWM波形可以是一個周期1mS的標準方波；（3） HG0680為塑料齒輪模擬舵機，其要求連續(xù)供給PWM信號；它也可以輸入一個周期為1mS的標準方波，這時表現(xiàn)出來的跟隨性能很好、很緊密。

PWM信號控制精度制定我們采用的是8位AT89C52CPU,其數(shù)據(jù)分辨率為256，那么經(jīng)過舵機極限參數(shù)實驗，得到應該將其劃分為250份?！必?EIV--I N值加-乃0O.BmS”氐+EIV--I N值加-乃0O.BmS<iHMEEV<2.^S圖1-22000uS：250=8uS則：PWM的控制精度為8us我們可以以8uS為單位遞增控制舵機轉動與定位。舵機可以轉動185度，那么185度-4-250=0.74度，則：舵機的控制精度為0.74度1DIV=8uS;250DIV=2mS時基寄存器內的數(shù)值為：(#01H)01----(#0FAH)250。共185度，分為250個位置，每個位置叫1DIV。則：1854250=0.74度/DIVPWM上升沿函數(shù)：0.5mS+NXDIV0uSWNXDIVW2mS0.5mSW0.5Ms+NXDIVW2.5mS:.單舵機拖動及調速算法1.舵機為隨動機構當其未轉到目標位置時，將全速向目標位置轉動。當其到達目標位置時，將自動保持該位置。所以對于數(shù)字舵機而言，PWM信號提供的是目標位置，跟蹤運動要靠舵機本身。像HG0680這樣的模擬舵機需要時刻供給PWM信號，舵機自己不能鎖定目標位置。所以我們的控制系統(tǒng)是一個目標規(guī)劃系統(tǒng)。HG14-M舵機的位置控制方法舵機的轉角達到185度，由于采用8為CPU控制，所以控制精度最大為256份。目前經(jīng)過實際測試和規(guī)劃，分了250份。具體劃分參見《250份劃分原理》。將0—185分為250份，每份0.74度?？刂扑璧腜WM寬度為0.5ms—2.5ms，寬度2ms。2ms：250=8us；所以得出：PWM信號=1度/8us；0.5ms-2.5ms0.5ms-30ms舵機角度=0.74XNPWM=0.5+NXDIV；(DIV=8us)角度04590135180N03E7DBBFAPWM0.5ms1ms1.5ms2ms2.5ms

HG14-M舵機的運動協(xié)議舵機的轉動方向為:逆時針為正轉④對應N值N=#00H,④=0度N=#F5H,④=180度1WNW245運動時可以外接較大的轉動負載，舵機輸出扭矩較大，而且抗抖動性很好，電位器的線性度較高，達到極限位置時也不會偏離目標。2?目標規(guī)劃系統(tǒng)的特征(1)舵機的追隨特性舵機穩(wěn)定在A點不動；CPU發(fā)出B點位置坐標的PWM信號；舵機全速由A點轉向?點；△中=中B-中A AT=△中-4-wCPU發(fā)出B點PWM信號后，應該等待一段時間，利用此時間舵機才能轉動至B點。那么，具體的保持(等待)時間如何來計算，如下講解：令：保持時間為Tw當Tw^AT時，舵機能夠到達目標，并有剩余時間；當TwWAT時，舵機不能到達目標；理論上：當Tw=AT時，系統(tǒng)最連貫，而且舵機運動的最快。實際過程中由于2個因素：1個機器人身上有多個舵機，負載個不相同，所以3不同；某個舵機在不同時刻的外界環(huán)境負載也不同，所以3不同；則連貫運動時的極限AT難以計算出來。目前采取的方法是經(jīng)驗選取3值。

(2)舵機3值測定舵機的3值隨時變化，所以只能測定一個平均值，或稱出現(xiàn)概率最高的點。依據(jù)①廠商的經(jīng)驗值；②采用HG14-M具體進行測試；測試實驗：①將CPU開通，并開始延時Tw；②當延時Tw到達后，觀察舵機是否到達目標；測定時采用一段雙擺程序，伴隨示波器用肉眼觀察Tw與AT的關系。舵機3值計算一般舵機定為0.16--0.22秒/60度；取0.2秒/60度>>1.2秒/360度>>0.617秒/185度則3為360度/1.2秒，2n/1.2秒3=300度/秒那么185度轉動的時間為185度-4-360度/1.2秒=0.6167秒。采用雙擺試驗驗證DJ.BD靈町W期UAN-F1伸戲IM觀察實驗過程中的Tw與AT的關系發(fā)現(xiàn)：當Tw定在0.618秒時，利用示波器觀察到舵機能夠運動至2個目標點。則:Tw=AT=0.618秒實驗過程中，設定舵機運轉的目標角度查為185度。最終：3=0.2秒/60度DAV的定義將185度的轉角分為250個平均小份。則：每小份為0.74度。定義如下：DAV=0.74度由于：3=0.2秒/60度則：運行1DAV所需時間為：0.72度-F0.2秒/60度=2.4mS；DIV的定義舵機電路支持的PWM信號為0.5mS—2.5mS，總間隔為2mS。若分為250小份，則2mS：250=0.008mS=8uS定義如下：DIV=8uS那么1DAV（0.74度）對應的AT為：0.74度《60度/0.2秒=2.467mS.。5.單舵機調速算法0.5ms-30ms測試內容：將后部下降沿的時間拉至30ms沒有問題，舵機照樣工作。將后部下降沿的時間拉至10ms沒有問題，舵機照樣工作。將后部下降沿的時間拉至2.6ms沒有問題，舵機照樣工作。將后部下降沿的時間拉至500us沒有問題，舵機照樣工作。實踐檢驗出：下降沿時間參數(shù)可以做的很小。目前實驗降至500uS，依然工作正常。原因是：（1）舵機電路自動檢測上升沿，遇上升沿就觸發(fā)，以此監(jiān)測PWM脈寬“頭”。（2）舵機電路自動檢測下降沿，遇下降沿就觸發(fā)，以此監(jiān)測PWM脈寬“尾”。（1）舵機轉動時的極限下降沿PWM脈寬20ms△T20ms△TTw極限轉動方式DANJSTw極限轉動方式DANJS△T：舵機運轉1DAV（7.4度）所需要的最小時間，目前計算出的數(shù)值為2.467mS；△T前面的20mS等待時間可以省略，舵機依然工作；而且得出舵機跟隨的最快驅動方式。實驗得出1.1msWTwW50ms；具體實驗數(shù)據(jù)參照下表跟隨算法舵機Tw數(shù)據(jù)實驗表格Tw值舵機運轉特性Tw與AT關系該程序可行度備注500us不能跟隨Tw<AT不可彳丁800us不能跟隨Tw<AT不可彳丁1ms不能跟隨Tw<AT不可彳丁1.1ms跟隨Tw.AT可行最快、平滑1.2ms跟隨Tw>AT可行最快、平滑1.6ms跟隨Tw>AT可行最快、平滑2ms跟隨Tw>AT可行最快、平滑2.6ms跟隨Tw>AT可行最快、平滑10ms跟隨Tw>>AT可行較慢、平滑20ms跟隨Tw>>AT可行較慢、平滑30ms跟隨Tw>>AT可行較慢、平滑40ms跟隨Tw>>AT可以較慢、微抖50ms跟隨Tw>>AT可以很慢、微抖70ms跟隨Tw>>AT不可以很慢、較抖100ms跟隨Tw>>AT不可以很慢、較抖令人質疑的地方為1.1ms時的表現(xiàn)，得出的Tw^AT；也就是說1.1ms=2.467ms，顯然存在問題。經(jīng)過考慮重新觀察PWM波形圖發(fā)現(xiàn)，電機真正的啟動點如下圖:實際上由A到B的運動時間為：AT=Tw+（B點的）PWM

三.8舵機聯(lián)動單周期PWM指令算法.控制要求要求同時發(fā)給8個舵機位置目標值，該指令的執(zhí)行周期盡量短，目的有2個：其一，是為了將來擴充至24舵機；其二，目標越快，舵機的轉動速度越快；我們以8路為1組或稱1個單位，連續(xù)發(fā)出目標位置，形成連續(xù)的目標規(guī)劃曲線，電機在跟隨過程中自然形成了位置與速度的雙指標曲線，實現(xiàn)8路舵機聯(lián)動。.注意事項從24個端口，P0.0、P1.0到P2.0，單DIV循環(huán)的最小時間只有8us，所以串行運算是不行的，那么就采用并行運算。目前采用的并行算法是P0.0-P0.7為一個基本單位，8位一并。實際案例：P1口的8個位置個不相同；端口P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0N寄存器37H36H35H34H33H32H31H30H目標位置（度）180135906050450.740N數(shù)值（整數(shù)）250187.512581.167.662.510PWM寬度ms2.5002.0001.5001.1481.0411.0000.5080.500注意：N為整數(shù)，依照上表看出，由于整數(shù)原因，定位不能實現(xiàn)的有45度、60度等。T為一個周期，分為2部分PWM寬延時等待3.8路PWM信號發(fā)生算法解析我們預計將整個周期控制在3.5-5ms內；由上圖得知：P1口的8個端在不同時間產(chǎn)生下降沿。那么由上例如：我們的P1.5口，他的N為125那么就需要它在125個DIV后產(chǎn)生下降沿，時間為(125*8us=1000us)。我們在其中發(fā)現(xiàn)2個關鍵參數(shù)：①時間參數(shù)N=125邏輯參數(shù)P1.5=#0DFH邏輯參數(shù)的定義：如下，采用ANL指令，操作P1口。ANL端口邏輯參數(shù)表P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0備注P1.0=#FEH11111110P1.1=#FDH11111101P1.2=#FBH11111011P1.3=#F7H11110111P1.4=#EFH11101111P1.5=#DFH11011111P1.6=#BFH10111111P1.7=#7FH01111111例如：將P1.5口產(chǎn)生下降沿，就將#0DFH去“ANL^P1口。邏輯“ANL”指令，馮“0”得“0”，不影響其他位。具體的程序操作如下：開3.5ms定時中斷取出8個端(P1.0-P1.7)的位置值，也就是8個N值；并賦予相應的端邏輯參數(shù);將這8個值由大到小排列，相應端的邏輯參數(shù)值也隨著N的順序排列，一一對應；將N值做減法，求得：M1=N1 M5=N5-N4M2=N2-N1 M6=N6-N5M3=N3-N2 M7=N7-N6M4=N4-N3 M8=N8-N7取出M1，延時M1*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M2，延時M2*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M3，延時M3*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M4，延時M4*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M5，延時M5*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M6，延時M6*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M7，延時M7*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；取出M8，延時M8*DIV，ANL相應的邏輯參數(shù)；8個端的下降沿全部產(chǎn)生完畢，等待一定的Tw值，或等待3.5ms中斷的到來;中斷到來后，清理中斷標志，然后結束該程序。RET注意事項：當進行逐個排序延時的過程中，CPU要取出M1、M2、M3....M8，那么會有1個取數(shù)指令周期，當CPU采用12MHz時為1us。最終應該在第8個延時，即M8時扣除掉，具體指令參見指令集。4.N排序子程序RAM的制定入口處P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0N值寄存器地址37H36H35H34H33H32H31H30HANL邏輯數(shù)寄存器地址3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38HANL邏輯數(shù)值#7FH#BFH#DFH#EFH#F7H#FBH#FDH#FEH備注：37寄存器內存放的是P1.7端口的N值；3F寄存器內存放的是P1.7端口的ANL邏輯參數(shù)值；出口處從左到右為N值從大到小排列 （大>N值>?。㎞值寄存器地址30H31H32H33H34H35H36H37HANL邏輯數(shù)寄存器地址38H39H3AH3BH3CH3DH3EH3FHANL邏輯數(shù)值未知未知未知未知未知未知未知未知所謂的“未知”：由于排列按照大到小順序，“未知”內存放的為端口信息要根據(jù)排序做相應的調整。備注：30H內存放的是某位的N值，其值最大；37H內存放的是某位的N值，其值最??；38H—3FH內存放ANL數(shù)，可以根據(jù)其數(shù)值判斷出是具體那個端口的下降沿。例如：其值為“#FBH”那么它就是P1.2；

N差子程序解析所謂N差子程序，要觀察PWM口的邏輯時序特性。要求連續(xù)將8位端口分別產(chǎn)生下降沿。所以有個先后問題，解決的方法有2種：打開8個時間中斷；按先后順序排列，先后觸發(fā)；由于CPU不能開啟8個中斷，所以采用后者方法，那么，就可以得出以下結論：第1個觸發(fā)位所用的時間為N1-0=M1；第2個觸發(fā)位所用的時間為N2-N1=M2；第3個觸發(fā)位所用的時間為N3-N2=M3；第4個觸發(fā)位所用的時間為N4-N3=M4；第5個觸發(fā)位所用的時間為N5-N4=M5；第6個觸發(fā)位所用的時間為N6-N5=M6；第7個觸發(fā)位所用的時間為N7-N6=M7；第8個觸發(fā)位所用的時間為N8-N7=M8；大 小入口：30H31H32H33H34H35H36H37H由于上接排序字程序，所以已經(jīng)按照從