基于PIC18F452單片機的仿生機器魚的舵機控制
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3.1 舵機的工作原理：
舵機主要由以下幾個部分組成：舵盤、減速齒輪組、比例電位器（位置反饋電位計）、直流電機（馬達(dá)）、控制電路板等。其工作原理：控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制直流電機轉(zhuǎn)動，直流電機帶動一系列齒輪組，其齒輪組的輸出軸與一個線性的比例電位器相連，該電位器把輸出軸轉(zhuǎn)過的角度θ 轉(zhuǎn)換成比例的電壓反饋給控制電路，控制電路將其與輸入的控制脈沖信號比較，產(chǎn)生糾偏脈沖，并驅(qū)動馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達(dá)到使舵機精確定位的目的。舵機是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其工作原理由圖3 所示。
舵機的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這兩根線給舵機提供最基本的能源保證，主要是電機的轉(zhuǎn)動消耗。電源有兩種規(guī)格，一是4.8V，一是6.0V，分別對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，另外一根線是控制信號線，一般為白色。
3.2 單舵機和多舵機的角度控制
3.2.1 單舵機的角度控制：
由舵機的工作原理可知，給舵機輸入一個周期在20ms 左右，脈沖寬度在0.5ms 至2.5ms 之間的周期性脈沖信號，驅(qū)動舵機輸出軸達(dá)到-90°到90° 之間的轉(zhuǎn)角，呈線性變化。并且無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，舵機的輸出軸都會保持在一個相對應(yīng)的角度上，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，才會改變輸出角度到新的對應(yīng)的位置上。通過編程，借助單片機的輸出端口得到需要的周期性脈沖信號。
程序示例：（晶振為：4MHZ，脈沖從PORTDbits.RD0 輸出）
void delay(int j) //此函數(shù)用于產(chǎn)生0.25ms*j 的延時
{
for(i=0;ij;i++)
{
INTCONbits.TMR0IF=0; //清TMR0 中斷標(biāo)志位
T0CON=0XCF; //設(shè)定TMR0L 工作于8 位定時器方式、內(nèi)部時鐘、
TMR0 不用分頻
TMR0L=0X14; //設(shè)定TMR0 每0.25ms 產(chǎn)生一次中斷
L1: if(INTCONbits.TMR0IF==1)
{
INTCONbits.TMR0IF==0; //清TMR0 中斷標(biāo)志位，關(guān)計時器
T0CON=0X4F;
}
else goto L1;
}
}
PORTDbits.RD0=1; // 輸出脈沖寬度為2ms，周期為20ms 的脈沖信號
delay(8);
PORTDbits.RD0=0;
delay(72);
從上面的程序可知，通過改變delay 函數(shù)的形參j，可以根據(jù)需要，得到具有相應(yīng)脈沖寬度和周期的脈沖信號。例如，改變以上程序段的1 至4 行為：
PORTDbits.RD0=1;
delay(4);
PORTDbits.RD0=0;
delay(76);
得到輸出脈沖寬度為1ms，周期為20ms 的脈沖信號，然后借助for 循環(huán)，將能得到所需要的周期性脈沖信號，驅(qū)動舵機輸出軸達(dá)到-90°到90° 之間的轉(zhuǎn)角。
3.2.2 多舵機不同角度的控制：
通過多舵機不同角度的控制，可以控制幾個舵機同時向不同角度扭轉(zhuǎn)，以達(dá)到預(yù)期的控制目的。
具體的實現(xiàn)方法是：在定時器延時函數(shù)中設(shè)定一個計時值t（在程序中t 在初始化時值為0），使t 在每次定時器計時完畢時加1。例如，定時器一周期的定時時間為0.25ms，則t值每加1 就相當(dāng)于0.25ms。當(dāng)t 的代表值達(dá)到20ms 也就是當(dāng)t 等于80 時清零，這樣就可以將脈沖周期控制在20ms，再通過使用if 語句查詢方式，可以調(diào)節(jié)同一周期脈沖的脈沖寬度，即能使多舵機同時向不同角度旋轉(zhuǎn)。
程序示例：（晶振為：4MHZ，脈沖從PORTDbits.RD0，PORTDbits.RD1，PORTDbits.RD2三個端口中輸出）
if(t=0) //端口初始化
{
PORTDbits.RD0=1
PORTDbits.RD1=1
PORTDbits.RD2=1
}
INTCONbits.TMR0IF=0; //清TMR0 中斷標(biāo)志位
T0CON=0XCF; //設(shè)定TMR0L 工作于8 位定時器方式、內(nèi)部時鐘、TMR0不用分頻
TMR0L=0X14; //設(shè)定TMR0 每0.25ms 產(chǎn)生一次中斷
L1: if(INTCONbits.TMR0IF==1)
{
INTCONbits.TMR0IF==0; //清TMR0 中斷標(biāo)志位，關(guān)計時器
T0CON=0X4F;
t++
}
else goto L1;
if(t=4)
PORTDbits.RD0=0; //脈沖寬度為：1ms
else if(t=6)
PORTDbits.RD1=0; //脈沖寬度為：1.5ms
else if(t=8)
PORTDbits.RD2=0; //脈沖寬度為：2ms
else(t=80)
t=0; //脈沖周期為：0.25ms*80=20ms
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