Principio y conexión del control del mecanismo de dirección 51 Tutorial del microcontrolador para que los principiantes comiencen rápidamente

jugando con elservo: Desde los primeros pasos hasta el combate real con el 51 MCU, ¡este artículo te ayudará!

¿Está pensando en añadir una "articulación" que pueda girar con precisión a su producto innovador? El mecanismo de dirección suena muy profesional, pero en realidad no es tan difícil como crees. Especialmente conectarlo con el microcontrolador 51 clásico es un camino excelente para los fabricantes principiantes. Cuando muchos amigos entraron en contacto con él por primera vez, el mayor dolor de cabeza fue que no podían entender cómo se movía y cómo podía usar el código para controlarlo. No te preocupes, hoy hablaremos de ello en profundidad y me aseguraré de que te sientas seguro después de leerlo.

¿Cuál es el principio de control del mecanismo de dirección?

Para decirlo sin rodeos, elservoEs como un "pequeño guardia giratorio" particularmente obediente. Integra un motor, reductor y un circuito de control. Le dices en qué ángulo girar y trabajará duro para alcanzar esa posición y detenerse de manera constante.

Este comando se transmite a través de una señal llamada PWM (Modulación de ancho de pulso). Puede considerarlo como un pulso repetitivo de nivel alto y bajo, y el ancho del pulso, es decir, la duración del nivel alto, es la "señal de acción" para el mecanismo de dirección.

Comúnservos, como servos pequeños como el SG90, reconocen pulsos con un período de 20 milisegundos. Entre ellos, el tiempo de nivel alto de aproximadamente 1,5 milisegundos corresponde a la posición media (90 grados). Cuando el ancho del pulso cambia entre 0,5 milisegundos y 2,5 milisegundos, el eje del servo girará dentro del rango de 0 a 180 grados. Cuanto más preciso sea el ancho del pulso que proporcione, más preciso será el giro.

Cómo utilizar el microcontrolador 51 para generar señales de control

El microcontrolador 51 en sí no emitirá directamente una señal de ancho de pulso tan precisa, pero podemos "simularla" mediante programación. Esto requiere el uso del temporizador dentro del microcontrolador, que es un "temporizador" muy preciso.

Podemos configurar el temporizador para que genere una interrupción cada 10 microsegundos o 100 microsegundos. En el programa de servicio de interrupción, usamos una variable para contar y, de acuerdo con el valor de este contador, cambiamos el nivel del puerto IO (como P1.0) conectado al servo.

Por ejemplo, para generar un nivel alto durante 1,5 milisegundos, si el temporizador interrumpe una vez cada 100 microsegundos, el nivel alto debe mantenerse durante 15 interrupciones. De esta manera, podemos "recomponer" la onda PWM que el servo puede reconocer. Puede resultar un poco confuso cuando comienza a escribir código por primera vez, pero una vez que lo depura con éxito usted mismo, la sensación de logro no tiene paralelo.

¿Qué mecanismo de dirección es más adecuado para el microcontrolador 51?

Hay muchos tipos de servos en el mercado. La elección de un "socio" para el microcontrolador 51 depende principalmente de dos puntos: voltaje de trabajo y requisitos de señal. Los más utilizados son los servos analógicos como el SG90. Sus requisitos de señal son el PWM estándar que mencionamos anteriormente, que es muy amigable.

Estos servos suelen funcionar con un voltaje de 5 V, que coincide exactamente con el voltaje de funcionamiento estándar del microcontrolador 51. ¿Puedo utilizar directamente el controlador del puerto IO del microcontrolador? Es mejor no hacerlo, porque la corriente cuando el servo está funcionando es relativamente grande, lo que dañará los pines del microcontrolador.

Un enfoque más seguro es utilizar un triodo o un chip de conversión de nivel especializado para el aislamiento. El puerto IO del microcontrolador envía una señal de control al circuito de accionamiento, y luego el circuito de accionamiento "ordena" que gire el mecanismo de dirección. De esta manera, el microcontrolador sólo es responsable de generar instrucciones "cerebrales", dejando el trabajo duro a la parte del controlador, lo que hace que el sistema sea más estable y confiable.

¿Cuál es el motivo de la rotación inestable del mecanismo de dirección?

Cuando muchos amigos giran el servo por primera vez, pueden encontrar que tiembla violentamente o responde medio latido más lento. Lo más probable es que se trate de un problema de suministro de energía. No se puede subestimar el impacto actual cuando el servo se inicia y se bloquea. Si la fuente de alimentación es insuficiente, el voltaje disminuirá, lo que provocará que el microcontrolador se reinicie o que el servo funcione de manera anormal.

La solución es simple: ¡alimente el servo por separado! Utilice una fuente de alimentación de 5 V de mejor calidad y conecte la tierra de alimentación (GND) y la tierra del microcontrolador para garantizar que tengan un potencial de referencia común. Luego, la fuente de alimentación del microcontrolador y la fuente de alimentación del servo se pueden separar para evitar interferencias de manera efectiva.

Además, verifique que su período PWM sea estrictamente estable en 20 milisegundos. Si el programa se bloquea debido a otras tareas, lo que provoca que el período del pulso sea inexacto, el servo también vibrará. Garantizar que la prioridad de interrupción del temporizador sea lo suficientemente alta es la clave para generar una señal estable.

Cómo utilizar el código para lograr un control preciso desde múltiples ángulos

Quiero que el servo gire lentamente de 0 grados a 180 grados y viceversa. ¿Cómo debo escribir el código? Podemos definir una función de mapeo de ángulo a ancho de pulso. Por ejemplo, 0 grados corresponden a un nivel alto de 0,5 ms y 180 grados corresponden a 2,5 ms. Entonces 90 grados son 1,5 ms.

En el bucle principal, podemos usar un bucle for para incrementar la variable de ángulo de 0 a 180 y restablecer el valor de comparación PWM cada vez que cambia en un grado. Tenga en cuenta que se debe dejar un poco de tiempo entre cada ángulo para que el servo gire físicamente, como un retraso de 15 a 20 milisegundos. De esta manera la acción parece coherente y fluida.

Para ser más flexible, puede encapsular el control del servo en una función, comovacío (ángulo de carbón), pase el valor del ángulo y los parámetros PWM se calcularán y actualizarán automáticamente dentro de la función. De esta forma, si quieres controlar qué acción se realiza más adelante, como levantar un brazo o girar la cámara, sólo necesitas llamar a esta función y el programa principal se volverá muy refrescante.

¿A qué debes prestar atención al controlar múltiples servos?

Cuando su proyecto requiere controlar múltiples servos al mismo tiempo, como hacer un brazo robótico con múltiples grados de libertad, las cosas son un poco más complicadas. Debido a que el microcontrolador 51 tiene recursos limitados, es imposible equipar cada servo con un hardware PWM independiente.

Pero no te preocupes, aún podemos utilizar la simulación por software. La idea central sigue siendo utilizar el concepto de "intervalo de tiempo" en la interrupción del temporizador. Por ejemplo, establecemos un período de 10 milisegundos y, dentro de este período, cada servo emite a su vez el ancho de pulso requerido. Después de procesar el pulso del primer servo, cambie inmediatamente a la salida de pulso del segundo servo.

Esto requiere que la función de procesamiento de interrupciones del temporizador sea muy eficiente y no pueda realizar retrasos ni cálculos complejos en ella. El enfoque habitual es crear una matriz para almacenar el ancho de pulso objetivo actual de cada servo. En la interrupción, verifique la tabla para configurar el puerto IO de acuerdo con el número de serie del servo actualmente en servicio y cronometrelo con precisión. De esta manera, un temporizador puede gestionar "por separado" varios servos. Aunque no se pueden mover completamente al mismo tiempo, el ojo humano no puede detectar esta pequeña diferencia horaria.

Viendo esto, ¿ya tienes una idea clara de cómo utilizar el microcontrolador 51 para controlar el servo? Desde el principio hasta la selección y la implementación del código, cada paso es realmente muy interesante. Si tiene una idea a la mano en este momento, también puede encender su computadora, sacar la placa de desarrollo del microcontrolador e intentar conectarla usted mismo. La maravillosa sensación cuando el servo gira con precisión bajo el mando de su código por primera vez es la alegría de la creación.

Quiero preguntarte ¿qué tipo de gadget te gustaría montar utilizando un servo y un microcontrolador? ¿Es un dispositivo que rastrea automáticamente la luz del sol o un pequeño robot que puede dibujar? Bienvenido a dejar un mensaje en el área de comentarios para compartir sus pensamientos. ¡Comunicémonos juntos y tal vez podamos crear mejores chispas! Si este artículo te resulta útil, recuerda darle me gusta y compartirlo con más amigos que lo necesiten.