单片机舵机控制在机器人中的应用：探索无限可能，赋能机器人智能控制

# 1. 单片机舵机控制基础**

舵机是一种广泛应用于机器人和自动化系统中的电机，用于精确控制角度或位置。单片机舵机控制涉及使用单片机（微控制器）来控制舵机，实现精确的运动和位置控制。本章将介绍单片机舵机控制的基础知识，包括舵机的基本工作原理、单片机与舵机的通信协议以及舵机控制算法。

# 2.1 舵机工作原理与控制方式

### 舵机工作原理

舵机是一种将电信号转换成机械运动的执行器，其工作原理基于以下部件：

- **电机：**将电能转换成机械能，带动舵机轴旋转。
- **减速齿轮组：**将电机的快速旋转减速，增加输出扭矩。
- **位置传感器：**检测舵机轴的当前位置，提供反馈信号。
- **控制电路：**接收来自单片机的控制信号，并驱动电机和减速齿轮组，实现舵机轴的精确定位。

### 控制方式

舵机控制方式主要有两种：

- **模拟控制：**通过单片机输出模拟电压信号，控制舵机轴的旋转角度。
- **数字控制：**通过单片机输出数字脉冲信号，控制舵机轴的旋转角度。

**模拟控制**

模拟控制通过单片机的 DAC（数模转换器）输出一个 0-5V 的模拟电压信号，该信号与舵机内部的参考电压比较，从而控制电机转动的方向和速度。

**数字控制**

数字控制通过单片机的 PWM（脉宽调制）输出一个固定频率的脉冲信号，脉冲的宽度决定了舵机轴的旋转角度。

### 舵机控制原理

舵机控制原理如下：

1. 单片机发送控制信号（模拟或数字）给舵机。
2. 舵机内部的控制电路接收信号，并驱动电机和减速齿轮组。
3. 舵机轴旋转到目标位置，位置传感器检测到当前位置。
4. 控制电路将当前位置与目标位置比较，并调整电机转动方向和速度，直到达到目标位置。

### 舵机参数

舵机通常具有以下参数：

- **旋转角度：**舵机轴可以旋转的最大角度。
- **扭矩：**舵机轴可以输出的最大扭矩。
- **速度：**舵机轴旋转到目标位置所需的时间。
- **控制方式：**模拟控制或数字控制。

### 代码示例

# 模拟控制舵机
import time

# 设置舵机控制引脚
servo_pin = 12

# 设置 PWM 频率和占空比
pwm_frequency = 50  # Hz
pwm_duty_cycle = 1.5  # ms

# 创建 PWM 实例
pwm = PWM(servo_pin, pwm_frequency)

# 设置舵机目标角度
target_angle = 90  # 度

# 将舵机旋转到目标角度
pwm.start(pwm_duty_cycle)
time.sleep(0.5)  # 等待舵机旋转到目标位置
pwm.stop()

# 数字控制舵机
import time

# 设置舵机控制引脚
servo_pin = 12

# 设置脉冲宽度范围
min_pulse_width = 500  # 微秒
max_pulse_width = 2500  # 微秒

# 设置舵机目标角度
target_angle = 90  # 度

# 计算脉冲宽度
pulse_width = min_pulse_width + (target_angle * (max_pulse_width - min_pulse_width) / 180)

# 输出脉冲信号
while True:
    # 设置高电平
    digitalWrite(servo_pin, HIGH)
    time.sleep(pulse_width / 1000000)  # 转