SG90舵机驱动原理和实现-电源网

SG90

基本参数

工作扭矩： 1.6KG/cm反应转速： 0.12-0.13秒/60°转动角度： 最大180度死区设定： 5微妙使用电压： 3.5-6V

舵机应用场景

固定翼
直升机
滑翔
小型机器人
机器手

航模电机动力套餐

在航模中，舵机可以控制水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；控制垂直尾舵面，可以控制飞机的偏航角；

舵机通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。

不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。

（动图来源于网络，侵权请联系号主删除）

接线图

SG90舵机有三根引线：VCC、GND、CONTROL。

VCC、GND为舵机的电源线。CONTROL为舵机控制信号的输入线。

本实例中，SG90的红线接5V电源，棕线接GND。黄线为控制线，该线接到PB9上。

与舵机控制线相连的引脚我们选择了一个具有PWM输出功能的引脚PB9。

PWM相关功能介绍详情，可以参考文末的两篇参考阅读。

工作原理

控制信号为50Hz的PWM（脉冲调制）波形（矩形波），即控制信号为周期20ms的PWM信号，不同的脉宽（占空比）对应舵机不同的方位角。改变脉宽即可改变舵机的方位角。

在没有过载且控制信号持续稳定的条件下，舵机的方位角严格保持不变。

此控制信号适合所有类型的舵机。

需要注意的是尽管也可以使用延时函数的方式来实现PWM波，但舵机运行可能不平稳，而且若PWM波的频率偏离50Hz过大，舵机会出现震荡甚至会无法启动舵机。

PWM控制信号周期20ms，脉宽0.5ms-2.5ms对应的角度-90到+90度，范围180度(3度左右偏差)，当脉宽1.5ms时舵机在中立点(0度)。

以180度角度舵机为例，那么对应的控制关系是这样的：

0.5ms -------------- -90度；1.0ms -------------- -45度；1.5ms -------------- 0度；2.0ms -------------- 45度；2.5ms -------------- 90度；

舵机输出转角与输入脉冲的关系

转动方向与占空比有关，占空比大往右转；占空比小往左转。

脉冲宽度从 0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为 -90－+90 度，呈线性变化。

也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。

可以通过调节PWM的占空比控制舵机的转向角度。

代码实现

实现功能：点击核心板上的预留按键，每点击一次，核心板上的LED翻转一次，并同时改变舵机的旋转角度，每次改变10度。

1. PWM引脚初始化代码：

void Led_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);

    LED_Init();

    TIM_DeInit(TIM4);

    /* Time Base configuration */
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period            = arr;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler         = psc;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode       = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision     = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;

    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode             = TIM_OCMode_PWM2;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState        = TIM_OutputState_Enable;  
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse                   = 0; 
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM4, ENABLE);
  
    TIM_OC3PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_OC4PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);
  
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE);
    
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

2. 调整PWM输出占空比的代码：

void Led_Set_PWM_Compare(float rate)
{
  u8 dtbuf[50]; 
  
  long tmp = 2000;  //1999

  tmp = tmp - tmp * rate / 100;
  
  //修改CCR1，即修改占空比。
  TIM_SetCompare3(TIM4, tmp);
  TIM_SetCompare4(TIM4, tmp);
}

3. main函数中，随着按键的点击，舵机改变角度的代码：

//50Hz
Led_PWM_Init(1999, 719);  //PWM 频率=72000*1000/(1999+1)/720=50
while(1) 
{    
    key = KEY_Scan(0);
    
    if(key)   
    { 
        switch(key)    
        { 
            case KEY0_PRES:
            {
                LED0 = !LED0;
            
                nPercentageOfRotationAngle += 10;
            
                if(nPercentageOfRotationAngle > 180)
                    nPercentageOfRotationAngle = 0;
            
                Led_Set_PWM_Compare((0.5 + (2.5 - 0.5) * nPercentageOfRotationAngle/ 180) * 100 /20.0);
            
                printf("KEY0_PRES...\r\n");
            }
            break;                  
            default:
                break;
        }      
    }
}

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