Principio e collegamento del comando dello sterzo 51 Tutorial sul microcontrollore per principianti, per iniziare rapidamente

Giocare con ilservo: Dall'inizio al combattimento vero e proprio con il 51 MCU, questo articolo ti aiuterà!

Stai pensando di aggiungere al tuo prodotto innovativo uno "snodo" in grado di oscillare con precisione? Lo sterzo sembra molto professionale, ma in realtà non è così difficile come pensi. Soprattutto collegarlo al classico microcontrollore 51 è un percorso eccellente per i produttori entry-level. Quando molti amici ne sono entrati in contatto per la prima volta, il problema più grande è stato che non riuscivano a capire come si muovesse e come potessi usare il codice per controllarlo. Non preoccuparti, ne parleremo approfonditamente oggi e mi assicurerò che tu ti senta sicuro dopo averlo letto.

Qual è il principio del controllo dello sterzo?

Per dirla senza mezzi termini, ilservoè come una "piccola guardia rotante" particolarmente obbediente. Integra un motore, un riduttore e un circuito di controllo. Gli dici quale angolo girare e lui lavorerà duro per raggiungere quella posizione e fermarsi costantemente.

Questo comando viene veicolato attraverso un segnale chiamato PWM (Pulse Wide Modulation). Puoi pensarlo come un impulso ripetitivo di livello alto e basso, e l'ampiezza dell'impulso, cioè la durata del livello alto, è il "segnale di azione" per lo sterzo.

Comuneservos, come i piccoli servi come l'SG90, riconoscono gli impulsi con un periodo di 20 millisecondi. Tra questi, il tempo ad alto livello di circa 1,5 millisecondi corrisponde alla posizione centrale (90 gradi). Quando l'ampiezza dell'impulso cambia tra 0,5 millisecondi e 2,5 millisecondi, il servoasse ruoterà entro un intervallo compreso tra 0 e 180 gradi. Quanto più accurata è l'ampiezza dell'impulso fornita, tanto più precisa sarà la rotazione.

Come utilizzare il microcontrollore 51 per generare segnali di controllo

Il microcontrollore 51 stesso non emetterà direttamente un segnale di larghezza di impulso così preciso, ma possiamo "simularlo" attraverso la programmazione. Ciò richiede l'uso del timer interno al microcontrollore, che è un "timer" molto preciso.

Possiamo impostare il timer per generare un'interruzione ogni 10 microsecondi o 100 microsecondi. Nel programma di servizio di interruzione, utilizziamo una variabile per contare e, in base al valore di questo contatore, modifichiamo il livello della porta IO (come P1.0) collegata al servo.

Ad esempio, per emettere un livello alto per 1,5 millisecondi, se il timer interrompe una volta ogni 100 microsecondi, il livello alto deve essere mantenuto per 15 interruzioni. In questo modo possiamo "mettere insieme" l'onda PWM che il servo può riconoscere. Potrebbe sembrare un po' confuso quando inizi a scrivere codice per la prima volta, ma una volta eseguito correttamente il debug da solo, il senso di realizzazione non ha eguali.

Quale scatola dello sterzo è più adatta per il microcontrollore 51?

Esistono molti tipi di servi sul mercato. La scelta di un "partner" per il microcontrollore 51 dipende principalmente da due punti: tensione di lavoro e requisiti di segnale. Quelli più comunemente usati sono i servi analogici come l'SG90. I loro requisiti di segnale sono il PWM standard menzionato sopra, che è molto amichevole.

Questi servi solitamente funzionano con una tensione di 5 V, che corrisponde esattamente alla tensione operativa standard del microcontrollore 51. Posso utilizzare direttamente il driver della porta IO del microcontrollore? È meglio non farlo, perché la corrente quando il servo è in funzione è relativamente grande, il che danneggerebbe i pin del microcontrollore.

Un approccio più sicuro consiste nell'utilizzare un triodo o un chip di conversione di livello specializzato per l'isolamento. La porta IO del microcontrollore invia un segnale di controllo al circuito di azionamento, quindi il circuito di azionamento "comanda" alla rotazione dello sterzo. In questo modo, il microcontrollore è responsabile solo dell'emissione delle istruzioni "cerebrali", lasciando il duro lavoro alla parte driver, rendendo il sistema più stabile e affidabile.

Qual è la ragione della rotazione instabile della scatola dello sterzo?

Quando molti amici girano il servo per la prima volta, potrebbero scoprire che trema violentemente o risponde mezzo battito più lentamente. Molto probabilmente è un problema di alimentazione. L'impatto attuale quando il servo viene avviato e bloccato non può essere sottovalutato. Se l'alimentazione è insufficiente, la tensione verrà abbassata, causando il ripristino del microcontrollore o il funzionamento anomalo del servo.

La soluzione è semplice: alimentare il servo separatamente! Utilizzare un alimentatore da 5 V di migliore qualità e collegare insieme la terra di alimentazione (GND) e la terra del microcontrollore per garantire che abbiano un potenziale di riferimento comune. Quindi l'alimentazione del microcontrollore e l'alimentazione del servo possono essere separate per evitare efficacemente interferenze.

Inoltre, controlla che il tuo periodo PWM sia rigorosamente stabile a 20 millisecondi. Se il programma viene bloccato a causa di altre attività, causando un periodo di impulso impreciso, anche il servo vibrerà. Garantire che la priorità dell'interruzione del timer sia sufficientemente alta è la chiave per generare un segnale stabile.

Come utilizzare il codice per ottenere un controllo preciso da più angolazioni

Voglio che il servo ruoti lentamente da 0 gradi a 180 gradi e viceversa. Come devo scrivere il codice? Possiamo definire una funzione di mappatura dell'angolo rispetto alla larghezza dell'impulso. Ad esempio, 0 gradi corrispondono a 0,5 ms di livello alto e 180 gradi corrispondono a 2,5 ms. Quindi 90 gradi sono 1,5 ms.

In the main loop, we can use a for loop to increment the angle variable from 0 to 180, and reset the PWM comparison value every time it changes by one degree. Si noti che dovrebbe essere lasciato un po' di tempo tra ciascun angolo affinché il servo ruoti fisicamente, ad esempio un ritardo di 15-20 millisecondi. In questo modo l'azione appare coerente e fluida.

Per essere più flessibili, potete incapsulare il controllo del servo in una funzione, come ad esempiovuoto (angolo carattere), passa il valore dell'angolo e i parametri PWM verranno automaticamente calcolati e aggiornati all'interno della funzione. In this way, if you want to control what action it takes later, such as raising an arm or turning the camera, you only need to call this function, and the main program will become very refreshing.

A cosa dovresti prestare attenzione quando controlli più servi?

Quando il tuo progetto richiede il controllo di più servi contemporaneamente, come la realizzazione di un braccio robotico a più gradi di libertà, le cose sono un po' più complicate. Poiché il microcontrollore 51 dispone di risorse limitate, è impossibile dotare ciascun servo di un PWM hardware indipendente.

Ma non preoccuparti, possiamo comunque utilizzare la simulazione software. L'idea centrale è ancora quella di utilizzare il concetto di "intervallo di tempo" nell'interruzione del timer. Ad esempio, impostiamo un periodo di 10 millisecondi e all'interno di questo periodo ciascun servo emette a turno l'ampiezza dell'impulso richiesta. Dopo aver elaborato l'impulso del primo servo, passare immediatamente all'uscita dell'impulso del secondo servo.

Ciò richiede che la funzione di elaborazione dell'interruzione del timer sia molto efficiente e non possa eseguire ritardi o calcoli complessi al suo interno. L'approccio usuale è quello di creare un array per memorizzare l'attuale larghezza dell'impulso target di ciascun servo. Nell'interruzione, controllare la tabella per impostare la porta IO in base al numero di serie del servo attualmente in servizio e cronometrarla con precisione. In questo modo un timer può gestire "separatamente" più servi. Sebbene non possano essere spostati completamente contemporaneamente, l’occhio umano non è in grado di rilevare questa piccola differenza oraria.

Vedendo questo, hai già le idee chiare su come utilizzare il microcontrollore 51 per controllare il servo? Dal principio alla selezione fino all'implementazione del codice, ogni passaggio è in realtà molto interessante. Se ti capita di avere un'idea a portata di mano in questo momento, potresti anche accendere il computer, estrarre la scheda di sviluppo del microcontrollore e provare a collegarla tu stesso. La meravigliosa sensazione quando il servo ruota per la prima volta con precisione sotto il comando del tuo codice è la gioia della creazione.

Voglio chiederti, che tipo di gadget ti piacerebbe di più assemblare utilizzando un servo e un microcontrollore? È un gadget che traccia automaticamente la luce solare o un piccolo robot che sa disegnare? Benvenuto per lasciare un messaggio nell'area commenti per condividere i tuoi pensieri. Comunichiamo insieme e forse possiamo creare scintille migliori! Se questo articolo ti è utile, ricordati di mettere mi piace e condividerlo con più amici che ne hanno bisogno.