使用AVR微控制器Atmega16连接伺服电机的方法

风筝

伺服电机广泛用​​于需要精确控制的场合，例如机器人、自动机械、机械臂等。然而，伺服电机的范围不仅限于此，并且可以用于许多应用中。要了解伺服电机的基础知识，理论和工作原理，请阅读论坛的其他内容。

在本篇文章中，我们将使用Atmel Studio 7.0将Micro Servo Motor伺服电机与Atmega16 AVR微控制器连接起来。伺服电机的额定工作电压为4.8-6V。我们可以通过应用脉冲或PWM信号来控制其旋转角度和方向。请注意，伺服电机无法完全旋转360度，因此可以在不需要连续旋转的情况下使用。旋转角度为0-180度或（-90） - （+ 90）度。

所需的组件

●    SG90 Tower Pro微型伺服电机

●    Atmega16微控制器IC

●    16Mhz晶体

●    按钮

●    跳线

●    面包板

●    USBASP v2.0

●    Led（任何颜色）

伺服电机的引脚说明

1. 红色=电源（4.8V至6V）

2. 棕色=地

3. 橙色=控制信号（PWM引脚）

电路原理图

使用AVR微控制器旋转伺服电机，请参考下图所示连接所有组件。有四个PWM引脚，我们可以使用Atmega16的任何PWM引脚。在本文中，我们使用Pin PD5（OC1A）来生成PWM。 PD5直接连接到伺服电机的橙色线，即输入信号引脚。连接任何颜色的电源指示灯。此外，在复位引脚上连接一个按钮，可在需要时复位Atmega16。将Atmega16与适当的晶振电路连接。所有系统都将由5V电源供电。

连接完成后，效果如下所示：

用AVR ATmega16控制伺服电机

与步进电机一样，伺服电机不需要任何外部驱动器，例如ULN2003或L293D电机驱动器。只需PWM就足以驱动伺服电机，很容易从微控制器产生PWM。该伺服电机的扭矩为2.5kg / cm，因此如果需要更大的扭矩，则该伺服不适用。

我们知道伺服电机每20ms寻找一个脉冲，正脉冲的长度将决定伺服电机的旋转角度。

获得20ms脉冲所需的频率为50Hz（f = 1 / T）。因此对于这种伺服电机，规格说0度我们需要0.388ms，90度需要1.264ms，180度我们需要2.14ms脉冲。

为了产生指定的脉冲，我们将使用Atmega16的Timer1。 CPU频率为16Mz，但我们只使用1Mhz，因为我们没有很多外围设备连接到微控制器，并且微控制器没有太多负载，因此1Mhz将完成这项工作。预分频器设置为1，因此时钟分为1Mhz / 1 = 1Mhz（1uS），这很棒。 Timer1将用作快速PWM模式，即模式14。您可以使用不同的定时器模式来生成所需的脉冲序列。参考资料如下，您可以在Atmega16官方数据表中找到更多相关说明。

要将Timer1用作快速PWM模式，我们需要ICR1的TOP值（输入捕捉寄存器1）。要找到TOP值，请使用以下公式：

1. fpwm = fcpu / n x (1 + TOP)

复制代码

可以简化为，

1. TOP = (fcpu / (fpwm x n)) – 1

复制代码

其中，N =预分频器的值

            fcpu = CPU Frequencey

            fpwm =伺服电机脉冲宽度为50Hz

现在计算ICR1值，因为我们有所需的所有值，

N = 1，fcpu = 1MHz，fpwm = 50Hz

只需将值放在上面的公式中，我们就会得到

ICR1 = 1999

这意味着达到最大程度，即180，ICR1应该是1999。

对于16MHz晶振和预分频器设置为16，我们将得到

ICR1 = 4999

现在让我们讨论草图。

使用USBasp编程Atmega16

本文末尾给出了用于控制伺服电机的完整AVR代码。代码很简单，很容易理解。

在这里，我们编写了Atmega16的代码，将伺服电机从00旋转到1800，然后从1800回到00。这个过渡将完成9个步骤，即0  -  45  -  90  -  135  -  180  -  135  -  90  -  45  -  0。对于延迟，我们将使用Atmel Studio的内部库，即<util / delay.h>

连接USBASP v2.0，然后使用USBASP和Atmel Studio 7.0对Atmega16 AVR微控制器进行编程。只需编译草图，然后使用外部工具链上传。

代码

1. #define F_CPU 1000000UL
   
2. #include<avr/io.h>
   
3. #include<util/delay.h>
   
4. 
   
5. 
   
6. void main()
   
7. {
   
8. //Configure TIMER1
   
9. TCCR1A|=(1<<COM1A1)|(1<<COM1B1)|(1<<WGM11); //NON Inverted PWM
   
10. TCCR1B|=(1<<WGM13)|(1<<WGM12)|(0<<CS11)|(1<<CS10); //PRESCALER=1 MODE 14(FAST PWM)
    
11.    
    
12. ICR1=19999; //fPWM=50Hz (Period = 20ms Standard).
    
13. 
    
14. DDRD|=(1<<PD4)|(1<<PD5); //PWM Pins as Out
    
15.    
    
16. while(1)
    
17. {
    
18. 
    
19.         OCR1A=0; //0 degree
    
20.         _delay_ms(1000);
    
21. 
    
22. OCR1A=600; //45 degree
    
23. _delay_ms(1000);
    
24. 
    
25. OCR1A=950; //90 degree
    
26. _delay_ms(1000);
    
27. 
    
28. OCR1A=1425; //135 degree
    
29. _delay_ms(1000);
    
30. 
    
31. OCR1A=1900; //180 degree
    
32. _delay_ms(1000);
    
33.       
    
34.     OCR1A=1425; //135 degree
    
35.         _delay_ms(1000);
    
36. 
    
37. OCR1A=950; //90 degree
    
38. _delay_ms(1000);
    
39. 
    
40. OCR1A=650; //45 degree
    
41. _delay_ms(1000);
    
42. 
    
43. }
    
44. }

复制代码