MG_996R舵机

舵机（Servo Motor）是一种集电机、控制电路和反馈系统于一体的伺服电机系统，用于精确控制位置（角度）、速度或力矩。它最常见的用途是 角度伺服控制，即驱动一个机械装置旋转到特定角度并保持稳定。

组成

一个典型的舵机包括以下部分：

1. 电机
   • 通常是一个直流电机（DC Motor）或无刷电机，负责提供驱动力。
2. 齿轮组
   • 电机驱动输出轴通过齿轮组减速并放大扭矩，从而增加精度和力量。
3. 控制电路
   • 内部的电子控制模块接收控制信号（如 PWM 信号），将其转换为电机的转速和方向。
4. 位置反馈系统（通常是电位计）
   • 用于检测输出轴的当前位置，反馈给控制电路以形成闭环控制。
5. 输出轴
   • 连接外部机械装置，执行精确的角度控制。

特点

• 精准角度控制
  舵机可以控制输出轴在特定范围内（通常为 0° 到 180° 或 360°）的位置。

• 闭环控制
  舵机通过位置反馈系统（如电位计或编码器）不断调整输出轴的位置，确保达到目标角度。

• 易于使用
  使用简单的 PWM 信号即可控制，无需复杂的驱动器。

• 扭矩输出
  舵机通常以 kg.cm（千克力·厘米）为单位来表示其扭矩能力。

工作原理

舵机的工作原理基于闭环控制系统，它通过比较控制信号与实际位置之间的差异，调整电机的转动，最终使舵机的输出轴达到并保持在目标位置。具体过程如下：

接收 PWM 信号

• MCU 输出一个 PWM 信号，通常是周期为 20ms，脉冲宽度在 1ms 到 2ms 之间。

• 例如，1ms 的脉冲宽度对应 0°，1.5ms 对应 90°，2ms 对应 180°。

• 这个 PWM 信号决定了舵机的 目标位置。

舵机判断是否需要转动

• 舵机内部有一个电位器，它持续监控舵机的实际角度。

• 控制电路将接收到的目标角度与电位器提供的当前角度进行比较，计算出 误差（即目标角度与当前角度之间的差值）。

• 如果目标角度和实际角度不一致，舵机会继续转动，通过电机和齿轮组调整到目标位置。

• 如果目标角度与实际角度相同，电机停止转动，舵机就会维持当前的角度。

电机转动

• 是否需要转动：舵机是否继续转动取决于 当前角度 和 目标角度 之间的误差。如果两者一致，舵机不需要转动；如果存在误差，舵机会转动直到达到目标角度。

• PWM信号 只负责设置目标角度，舵机根据当前角度和目标角度的差值决定是否需要转动。

分类

模拟舵机（Analog Servo）

• 使用模拟电路控制，接收连续的 PWM 信号。
• 优点：成本低，适合低精度应用。
• 缺点：响应速度较慢，抗干扰能力弱。

数字舵机（Digital Servo）

• 使用数字信号处理器（DSP）控制。
• 优点：控制更精确，响应速度快。
• 缺点：价格较高，功耗略高。

连续旋转舵机（Continuous Servo）

• 特点：能够连续旋转，不局限于角度范围。
• 应用：作为轮子或传动装置，用于机器人。

工业伺服电机（Industrial Servo Motor）

• 用于精确控制速度和位置。
• 应用：工业自动化设备、机械臂等高精度场景。

与普通电机的区别

特性	舵机	普通电机
控制精度	高，可控制到具体角度或位置	低，通常只控制速度或方向
结构	集成反馈和控制电路	仅包含电机本体
控制方式	通过 PWM 信号或命令控制	电压、电流或占空比控制
应用	精确控制机械位置	旋转运动或动力输出

MG 996R

MG 996R 型号对于舵机的控制如下：

1.5ms 对应中间位置，2ms 对应最右边位置（+90°），1ms 对应最左边位置（-90°）。

实现

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "BSP_USART.h"
 
// 预分频值
#define PRESCALER (168 - 1) // 
// 周期为 20ms
// 也就是 1s = 20000ms   1000000/10000 = 100
#define PERIOD (((SystemCoreClock / (PRESCALER + 1)) / 50) - 1) 
 
// Timer8 GPIO Config
void Timer8_GPIO_Config(void) {
	// PE5
	rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
	gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_5);	
	gpio_output_options_set(GPIOE, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5);
	gpio_af_set(GPIOE, GPIO_AF_3, GPIO_PIN_5);
}

//  TImer8 Config
void TImer8_Config(void) {	
	timer_deinit(TIMER8);
	rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER8);		
	rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL2);	
	timer_parameter_struct initpara;		
	timer_struct_para_init(&initpara);
	initpara.prescaler         = PRESCALER;
    initpara.period            = PERIOD;		
	timer_init(TIMER8, &initpara);
	
	// PWM 配置
	timer_oc_parameter_struct ocpara;	
	timer_channel_output_struct_para_init(&ocpara);
	ocpara.ocpolarity   = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
	ocpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;	
	// 第一个参数是我们使用的是哪一个定时器
	// 第二个参数是我们使用的哪一个通道，也是就在服用编号表中看到的编号 TIMER3_CH3
	timer_channel_output_config(TIMER8, TIMER_CH_0, &ocpara);
	// 输出模式配置
	// 模式0：在向上计数时，一旦计数器值小于 TIMERx_CH0CV 时，O0CPRE 为高电平，否则为低电平。
	// 在向下计数时，一旦计数器的值大于 TIMERx_CH0CV 时 O0CPRE 为低电平，否则为高电平。
	// 在 TIMERx_CH0CV 下面就是高电平
	timer_channel_output_mode_config(TIMER8, TIMER_CH_0, TIMER_OC_MODE_PWM0);
	// 配置占空比
	// 为了达到流水灯的效果，我们要让他一开始是 熄灭的，然后逐渐亮灭
	// 周期和分频会自动 + 1 ，占空比不会所以需要加回来
	timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER8, TIMER_CH_0, (uint16_t)(PERIOD + 1) * 2.5 / 100);	
	timer_enable(TIMER8);
}

int main(void) {
    systick_config();
    usart0_init();
	Timer8_GPIO_Config();
	TImer8_Config();
	printf("App_start...");    
    while(1){
		
	}
}   

问题

一、周期计算

如何计算周期为 20ms 的 PWM 参数

已知：当前频率为 1000000Hz，周期为 20ms

频率为 1000000Hz，表示一秒钟有 1000000 个周期，每个周期的时间 = 1 / 1000000 = 0.001ms

我想要数 20 ms,也就是说我要数 x 个数，0.001x = 20ms，x = 20000

所以我们此时 pwm 的周期应该设置为 20000