伺服舵机驱动基础知识

1）舵机的用途

伺服舵机一般也简称为舵机，是一种可以精确控制位置的电机系统，它可以通过控制指令输出指定的旋转角度。

与普通直流电机的区别主要在：直流电机是一圈圈转动的，舵机只能在一定角度内转动，到达指定的位置后就停止；舵机一般有最大旋转角度，不能360°旋转。普通直流电机一般是整圈转动适合做动力用，舵机是控制某物体转动一定角度用，适合用于控制转向、姿态、或者用作运动关节。

2）舵机的参数

扭力，由于舵机的动力来自于电机和减速齿轮组，它的输出扭力比较大，常见的玩具级别的9g舵机也能提供1.5kg/cm~1.8kg/cm的扭力，见下图：

舵机的另一个重要的参数是速度，就是上图中的Operating Speed参数，主要表征了舵机最快能转动的角速率，如上图中，在6V电压无负载的情况下，这款舵机0.1s时间能转过60°角。

3）舵机的工作原理

舵机的内部是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成，是一个闭环的控制系统，它的原理框图如下：

舵机的轴上连接有一个电位器作为位置检测传感器，舵轴转动时，电位器输出的电压会变化（也就是可以通过电压得知舵轴的角度）。外部输入控制信号时，控制电路会比较控制信号与舵轴位置是否有偏差，如果不同，则会控制马达驱动舵轴转到预定的位置，直到控制信号与舵轴位置相同。这个控制系统一般也是由PID实现的。

我们在使用舵机时，可以不用考虑它内部是如何工作的，只需要按规则给出合适的控制信号即可。

舵机对外的接口一般是三根线：

正极、负极用于供电；信号线用于接收控制信号，这个控制信号一般是PWM波，利用PWM波的占空比来控制舵机的输出角度。

具体控制规则是：PWM波的周期为20ms，脉冲高电平一般为0.5ms~2.5ms。0.5ms时舵机输出最大负角度，2.5ms时舵机输出最大正角度，中间的脉宽和角度线性对应，如下图所示：

了解了上述的驱动规则，就不难理解为什么很多成品的航模遥控装置，其接收机的各通道输出，既可以接到电调上，也可以接到舵机上，因为电调和舵机都可以通过PWM波控制的。

4）舵机驱动编程实践

现在我们就编写一个程序来实现舵机的驱动，还是使用stm32f103C8t6最小系统板作为硬件。

舵机的负极连GND，正极连5V，信号线连到单片机的PB1引脚上。

在cubemx中建立工程，如下设置，使用定时器3的ch4输出pwm：

PWM波的参数，配置为20ms周期，初值脉冲宽度为0.5ms，生成keil工程。

然后再keil工程中添加代码：

Tim.c文件中添加修改PWM脉宽的函数，调用这个函数可以方便地修改定时器3的ch4输出的pwm的脉宽：

、

Main.c文件中，主函数初始化时添加启动PWM输出的函数，并且在主循环中每隔1s钟修改一次PWM的宽度，以观察是否能驱动舵机运动：

编译上述代码下载到开发板运行，可以看到舵机每隔1s会运动到一个新位置，运动到最大角度后，下一次会回到初始位置。