AT89C2051多路舵机控制电路详解

舵机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。以FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。

舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA66881。的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送人电机驱动集成电路BA6686，以驱动电机正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器R。，旋转，直到电压差为O，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

舵机的控制方法

电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围 3来表示。

舵机控制器硬件电路设计

从上述舵机转角的控制方法可看出，舵机的控制信号实质是一个可嗣宽度的方波信号(PWM)。该方波信号可由FPGA、模拟电路或单片机来产生。采用FPGA成本较高，用模拟电路来实现则电路较复杂，不适合作多路输出。一般采用单片机作舵机的控制器。目前采用单片机做舵机控制器的方案比较多，可以利用单片机的定时器中断实现PWM。该方案将20ms的周期信号分为两次定时中断来完成：一次定时实现高电平定时Th;一次定时实现低电平定时T1。Th、T1的时间值随脉冲宽度的变换而变化，但，Th+T1=20ms。该方法的优点是，PWM信号完全由单片机内部定时器的中断来实现，不需要添加外围硬件。缺点是一个周期中的PWM信号要分两次中断来完成，两次中断的定时值计算较麻烦;为了满足20ms的周期，单片机晶振的频率要降低;不能实现多路输出。也可以采用单片机+8253计数器的实现方案。该方案由单片机产生计数脉冲(或外部电路产生计数脉冲)提供给8253进行计数，由单片机给出8253的计数比较值来改变输出脉宽。该方案的优点是可以实现多路输出，软件设计较简单;缺点是要添加l片8253计数器，增加了硬件成本。本文在综合上述两个单片机舵机控制方案基础上，提出了一个新的设计方案，如图4所示。

该方案的舵机控制器以AT89C2051($0.5940)单片机为核心，555构成的振荡器作为定时基准，单片机通过对555振荡器产生的脉冲信号进行计数来产生PWM信号。该控制器中单片机可以产生8个通道的PWM信号，分别由AT89C2051的P1.0～Pl.7(12～19引脚)端口输出。输出的8 路PWM信号通过光耦隔离传送到下一级电路中。因为信号通过光耦传送过程中进行了反相，因此从光耦出来的信号必须再经过反相器进行反相。方波信号经过光耦传输后，前沿和后沿会发生畸变，因此反相器采用CD40106($0.1125)施密特反相器对光耦传输过来的信号进行整形，产生标准的PWM方波信号。笔者在实验过程中发现，舵机在运行过程中要从电源吸纳较大的电流，若舵机与单片机控制器共用一个电源，则舵机会对单片机产生较大的干扰。因此，舵机与单片机控制器采用两个电源供电，两者不共地，通过光耦来隔离，并且给舵机供电的电源最好采用输出功率较大的开关电源。该舵机控制器占用单片机的个SCI串口。串口用于接收上位机传送过来的控制命令，以调节每一个通道输出信号的脉冲宽度。MAX232($2.0686)为电平转换器，将上位机的RS232($780.5000)电平转换成TTL电平。

实现多路PWM信号的原理

在模拟电路中，PWM脉冲信号可以通过直流电平与锯齿波信号比较来得到。在单片机中，锯齿波可以通过对整型变量加1操作来实现，如图5所示。假定单片机程序中设置一整型变量SawVal，其值变化范围为O～N。555振荡电路产生的外部计数时钟信号输入到AT89C2051的INTO脚。每当在外部计数时钟脉冲的下降沿，单片机产生外部中断，执行外部中断INT0的中断服务程序。每产生一次外部中断，对SawVal执行一次加1操作，若SawVal已达到最大值N，则对SawVal清O。SawVal值的变化规律相当于锯齿波，如图5所示。若在单片机程序中设置另一整型变量DutyVal，其值的变化范围为 O～N。每当在SawVal清0时，DulyVal从上位机发送的控制命令中读入脉冲宽度系数值，例如为H(0≤H≤N)。若 DutyVal≥SawVal，则对应端口输出高电平;若DutyVal《Sawval，则对应端口输出低电平。从图5中可看出，若改变 DutyVal的值，则对应端口输出脉冲的宽度发生变化，但输出脉冲的频率不变，此即为PWM波形。

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工程师故事｜与单片机结缘只因兑现童年时的一个梦！

我是一个平凡的工程师，标准的80后，从事单片机及嵌入式相关工作已经有几年有余。每天忙忙碌碌，上班下班，既有做出产品时的开心，也有调试程序时的痛苦。一个平凡的人，做着一些平凡的事，每天过着平凡的生活。

有人说做电子工程师是年轻人的活，过了30还不转管理无论是体力上还是精力上都无法胜任了。这句话有一定的道理，但如果兴趣依旧为何不继续追寻自己的梦想呢？ 从小我就对机械、电子方面的东西感兴趣。听父母说，每次买回的玩具我都要拆开看看里面的结构，美其名曰：看看为啥能动？为啥能工作。到现在有时回到乡下的老房子里，还能看到不少缺胳膊少腿的玩具呢。

特别是这个小青蛙，我拆开研究了很久

真正让我对电子感兴趣的还得从一个著名的玩具开始，它就是经典的任天堂红白机。 想当初，把这个东西搬回家时还兴奋了不少时间呢，一个暑假把所有能玩的游戏都玩了遍，接着就在琢磨这东西真神奇，到底里面有啥东西呢？拆开一看发现居然全都是绿绿的板子，上面还有不少黑色的玩意。忽然觉得做这个东西的人好伟大，以后自己也要学会做这个。

80后的经典啊，我也是从这里开始对电子一类的东西感兴趣

真正开始接触电子、电脑这一块那就到大学了。当时信息太闭塞了，填志愿的时候也不太清楚计算机、电子信息工程、通信专业都有啥区别。只是问了下同乡的几个师兄，都说计算机是今后的发展。既然是这样，那就报呗。于是我把所有能填的地方都填满了计算机专业，功夫不负有心人，最后还真去了个二本的计算机系。

其实现在想起来我最应该去的就是电子信息工程或机电工程专业，毕竟这两个专业学的才是后来我们所说的嵌入式，不过好在该学校的计算机系既不偏软也不偏硬，属于软件也学硬件也学的那一种，所以大学四年还是学到了不少东西的。

大学4年的时间是短暂的，在这里我还要鄙视下某些所谓的大学老师，记得有一次上微机原理讲到8253、8255我就问：这个东西现在还在用吗？能不能弄个实物来看看？老师当时回答我说：这个芯片已经不用了，所以也不能找到实物，大家只要记住它就好。当时我就无语，既然淘汰的东西为啥要学？？？

不过后来事实证明这些东西老是老了一点，但现在在很多的地方还是在用的。当然也不是说所有的大学老师都是严重脱离实际的，有些老师还是很厉害的，我就有幸碰到了一个，据说以前是某个公司的技术主管，专弄单片机这块。他让我知道了任天堂红白机里面绿绿的东西叫做PCB。有时他上课会给我们带一些小的玩意，比如说让单片机做流水灯，让蜂鸣器唱歌等等，让我们这些人崇拜的不行了。也正是在他的带领下我开始与单片机结下了不解之缘。

经典的AT89C51单片机，也是我的第一块单片机

51单片机开发板，我们就是从这里开始的

现在想想当时挺有意思的，在用51单片机做完了所有实验后忽然感觉它真是无所不能，所有东西都琢磨着是不是能用51单片机完成，甚至尝试着用51单片机做个手机啥的玩玩（当然，这是无法实现的...）不过还是做了很多好玩的东西，比如说远距离万能遥控器啦，晚上偷偷的遥控对面楼的电视。51大概玩了1年左右，期间还把PCB给画了一遍，学会了用PROTEL。

在一次偶然的机会听说51过时了，ARM才是现在的老大，于是省吃俭用花了600多大洋弄了块44B0X的板子，拿回来一看傻眼了，比51复杂的多啊，光是引脚就密密麻麻的一排，看都看不清，后来听师兄说居然有人能够徒手焊接，更是佩服得五体投地。

经典的44B0X板子，还记得吗？

据说这块板子是某个高手布的线，所有的44B0X都是参考它的，堪称经典。到目前有人学习PCB走线我还要求他好好琢磨这块板子呢。

除了主芯片外，其它外围设备也不简单啊，网卡，硬盘接口，FLASH等等应有尽有，既然买了就硬着头皮学呗，不过好在有51的基础，这块板子裸奔的程序很快就搞定了，也琢磨出个味来：不管芯片多复杂，最终到底无非就是配置下寄存器而已，只要配对了寄存器其它一切都好办。 在软件方面就相对复杂多了，为了搞这块板子我还特意去买了好几本LINUX方面的书，现在闲暇下来翻翻这些书还是很有感觉的。不过linux太过于复杂了，花了大半年的时间我才把这些书粗略的看了一遍。

经典的Linux书籍，你看过没有？

很多精髓的东西都没有弄清楚。这时候已经是大三下学期，刚好老师有个小项目看到我弄得还行就派我过去干了，其实东西现在想起来挺简单：有4~5路模拟信号采集到系统中，再通过AD转换变为数字信号用单片机进行运算，再把结果通过RS232发送给上位机软件。但这毕竟是我接的第一个项目，心里的忐忑可想而知，特别怕搞不定丢了老师的脸。于是在拿完需求后，先自己买了点器件用万用表搭了一个电路先试试。项目最终很成功，我也拿到了第一份报酬。

丑陋的自搭电路

大学4年很快就过去了，带着一堆的开发板、书籍和满腹的电子知识我离开了校园。很快我就找到了第一份工作：在一家小公司做技术员，公司主要的产品是为各种电子设备定做测试仪器。

由于我学的是计算机专业，所以公司希望招我来做上位机软件。这我可傻眼了，以前所有的时间都花在了电子方面，谈到做上位机软件倒还真的不会。毛主席说过：世上的事最怕“认真”二字。没学过没关系，只要现在开始也不晚。

那到底学什么语言和开发工具呢？跑到电子发烧友论坛上晃了一圈，很多人都说C++功能强大，以后发展也好。不过到底是VC还是C++ builder呢？VC难学，但据说学会了以后啥都好办了。既然是这样，那我就弄VC吧。好在公司的任务不紧，有充足的时间看书和学习，再加上有几个前辈指引，学习起来轻松多了。如果有朋友现在还想学习VC和windows程序设计的话，下面几本书可不能错过。这些书都是对应于VC 6.0的，到现在估计应该有对应.net的新版本了吧。

在这个公司的两年里先后完成了许多小的项目，从一开始的帮别人打下手，到后来的自己负责、带徒弟，感觉自己成长了很多。离开这家公司后，我往北边发展。进入了一家做视频相关系统的公司B，公司不大，但各个都是技术强人，这也给我了不小的压力。还记得入职的第一天，项目经理就和我说：我们这任务比较紧，你今天把入职手续办完就进入项目组吧，最近视频点播系统那边活比较多，你先去那边。于是我就误打误撞进入了视频领域，想想自己对这方面什么都不懂还真是胆大，不过这个选择对我今后的方向有重大影响，这个后面再说。

搞过视频的朋友应该都知道，这东西对工程师的综合素质要求还是挺高的，硬件方面所用处理器的都是主频比较高，性能比较好的，很多都是用DSP或FPGA来做；软件方面对算法、数据结构要有较深的理解。不过当时我可不知道这些，总觉得无非就是单片机的升级版本，没什么大不了的。到了项目组后，简单的和项目沟通了下，了解到目前上位机这边有个问题：无法获取当前鼠标所指的位置的文字。当时我立马想到金山词霸不是有个屏幕取词功能么？应该和这个类似。于是立即动手查资料，看到到底是什么原理。等我把相关的资料看完后已经到了下午5点多钟，这是大家都陆陆续续准备下班了，正当我犹豫要不要告诉项目经理时，项目经理走到了我身边于是我顺势就把自己的想法告诉了他，只见他两眼“闪光”，说：那个谁。。。还有那个谁。。。都别走了，留下来加个班，我们一起把这个东西解决了。等到完成基本框架已经到了深夜1点多钟，路上已经基本看不到行人了，晚风吹在脸上，心里充满了作为工程师的自豪，像一个得胜而归的将军。

在这里我特别要感谢项目经理，在B公司的3年时间里是我成长最快的3年，我陆续接触了AT9200，I.MX系列，OMAP，达芬奇系列等各种处理器的开发，特别是达芬奇系列，当时公司里的板子才2块，项目经理居然允许我带一块回家，要知道当时这个板子要好几万呢。当时可把我高兴坏了，像中了500万一样...嚯嚯，开玩笑的。

可能在一个地方久了就会厌倦，B公司虽然不错，但几年的光阴已经把我的激情磨灭，而我又是个需要激情的人。所以最终我还是从B公司离职了。离职后并没有立即找工作，当然并不是找不到，而是我需要一段时间放松下自己，整理下心情。

恰巧这段时间各个半导体公司在不停的开研讨会，像ARM， TI，ST，Xilinx等等。于是乎，我就免费吃了好几顿大餐：）不过最让我印象深刻的是XILINX的研讨会，它们当时在推Spartan系列FPGA。说实话，我对这个FPGA这个东西只有耳闻，但到底是个什么东西还真不知道。在研讨会上看到了它们公司推出的几个案例，其中一个就是视频监控与模式识别的。由于我本身就是做这个的，所以对这块听得尤为仔细。相比于传统的DSP来做算法，FPGA做算法的速度、效率优势更为明显。

于是我很快就有了下一次目标----学习FPGA 。不过想法是好的，不过FPGA学起来真是相当的麻烦：开发板很贵，完全硬件编程。这对我们软件出生的人真是不小的挑战。好在当时xilinx开研讨会赠送了一块BASYS开发板，于是我就从它开始踏上了FPGA的不归路。

有人问：一直学习累不累？有的时候想想确实很累。

夜深人静的时候，总是会一个人坐在窗前发呆：为什么我要不停的学习？我到底要什么？其实我并不知道这些东西到底有什么用，或许只是为了实现童年时期的一个梦，就像筷子兄弟说的：梦想这东西和经典一样，永远不会因为时间而褪色，反而更显珍贵！

作为一名正在埋头苦学51单片机的你，或者刚刚涉足单片机开发的你，在未来几年时间内，你的梦想是什么？你想成为什么样子的人？

单片机工程师，硬件工程师，还是嵌入式工程师？

51系列单片机，作为已经整整地影响了一代人划时代产品，在面临网络化、智能化物联网的今天，已经显得力不从心。ARM作为移动物联网时代的王者，其Cortex系列产品已经遍及高、中、低端设备，将成为引领时代发展的先驱。以STM32作为学习Cortex系列产品的嵌入式开发，是电子初学者的最优学习之路。

相比51单片机，STM32具有如下优势：

1.无论在主频、速度和性能方面，STM32均优于51单片机，能够应付未来产品需求。

2.STM32的ST官方最新Hal库开发，是STM32开发的趋势，开发项目速度相比51单片机更加轻松快捷、方便。

3.嵌入式物联网开发，STM32占据核心地位。STM32是嵌入式系统的心脏，IoT、智能工业、智能家居应用，STM32使得开发产品更加智能化；同时，STM32也是大众市场第一MCU，基本满足任何开发者需求，引领物联网嵌入式系统开发行业潮流。

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