单片机 PWM 控制：精准舵机驱动技术详解

本文档主要介绍了如何利用单片机（Microcontroller）通过脉宽调制（PWM）信号精确控制舵机（Servo Motor）。单片机控制舵机的优势在于其成本低、体积小巧，适合在机器人机电控制系统和微型电子设备中使用，特别是在需要角度连续调节并保持稳定的应用场景。 舵机作为一种位置伺服驱动器，其工作原理是通过接收控制信号，通常为PWM信号，该信号的占空比决定了电机的旋转角度。在一个典型的工作流程中，控制信号首先经过信号调制芯片，形成一个20ms周期、1.5ms宽度的基准信号。然后，这个信号与直流偏置电压进行比较，产生电压差，这个电压差决定电机的正反转。当电机停止转动时，电压差为零，电位器保持在平衡位置。 单片机在舵机控制中的作用是实现精确的转角控制。尽管FPGA和模拟电路也可用于产生PWM信号，但它们的成本高且电路复杂。采用运放进行PWM脉宽变换存在挑战，比如对电源噪声的敏感性和电路设计的限制。相比之下，单片机因其数字特性，能提供更稳定的微秒级脉宽调整，减少了外部干扰，从而提高了控制精度。 实现这一过程，单片机需完成两方面任务：首先，产生基础的20ms PWM周期；其次，根据控制算法实时调整占空比，以此控制舵机的最终转角。这对于单片机的定时器功能和数字逻辑处理能力提出了要求。 对于仅需控制一个舵机的情况，设计者可以专注于简化电路结构和优化算法，确保系统的可靠性。利用单片机控制舵机是一种实用且经济的方法，适合于对精度和成本有较高要求的自动化和机器人系统。