舵机SG90详解
舵机,也叫伺服电机,在嵌入式开发中,舵机作为一种常见的运动控制组件,具有广泛的应用。其中,SG90 舵机以其高效、稳定的性能特点,成为了许多工程师和爱好者的首选,无论是航模、云台、机器人、智能小车中都有它的身影。
本文将深入探讨SG90舵机的技术规格、工作原理和使用方法,为您展现 SG90 舵机的功能和无限可能。
1. 源码下载及前置阅读
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本文所涉及的源码及安装包如下(由于平台限制,请点击以下链接阅读原文下载):
https://www.lxlinux.net/e/stm32/sg90-tutorial.html
如果你是嵌入式开发小白,那么建议你先读读下面几篇文章。
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大家好,我是良许,博客里所有的文章皆为我的原创。 下面是我的一些个人介绍,欢迎交个朋友: · 211工科硕士,国家奖学金获得者; · 深耕嵌入式11年,前世界500强外企高级嵌入式工程师; · 书籍《速学Linux作者》,机械工业出版社专家委员会成员; · 全网60W粉丝,博客分享大量原创成体系文章,全网阅读量累计超4000万; · 靠自媒体连续年入百万,靠自己买房买车。 |
我本科及硕士都是学机械,通过自学成功进入世界500强外企。我已经将自己的学习经验写成了一本电子书,超千人通过此书学习并转行成功。现在将这本电子书免费分享给大家,希望对你们有帮助:
电子书链接:https://www.lxlinux.net/1024.html
2. SG90介绍
2.1 型号介绍
市面上常见的舵机型号有 SG90、MG90S、MG995、MG996R 等等,主要是扭矩大小、工作电压大小、齿轮材质塑料或金属的不同。
一般分为180度和360度:
- 180度:可以控制旋转角度、有角度定位。上电后舵机自动复位到0度,通过一定参数的脉冲信号控制它的角度。
- 360°舵机版本不可控制角度,只能控制顺时针旋转、逆时针旋转、停止和调节转速。
我们今天的主角是 SG90,180度版。
2.2 工作参数及引脚介绍
工作参数如下:
- 工作扭矩:1.6kg/cm
- 反应速度:0.12 - 0.13秒/60°
- 死区设定:5us
- 转动角度:常见0°、90°、180°、360°
- 齿轮材质:尼龙塑料齿
- 工作电压:3V - 6V
- 温度范围:-30° ~ +60°
引脚接线参考如下:
SG90 | STM32 |
---|---|
PWM 信号线(橙色线) | 任意GPIO |
VCC(红线) | 3.3/5V |
GND(棕色线) | GND |
3. SG90原理
舵机的控制信号是通过脉冲宽度调制(PWM)来实现的。PWM 信号的周期通常为20ms,而脉冲宽度则在 0.5ms 至 2.5ms 之间变化。这个脉冲宽度与舵盘的位置呈线性关系,范围从0度到180度。
当给舵机提供特定宽度的脉冲信号时,输出轴会保持在相应的角度上,不受外界转矩的影响,直到接收到不同宽度的脉冲信号才会改变输出角度,使舵盘移动到新的位置。舵机内部有一个基准电路,产生周期为 20ms、宽度为 1.5ms 的基准信号。同时,还有一个比较器,用于将外部输入信号与基准信号进行比较,以确定转动方向和幅度,并生成驱动电机转动的信号。
控制电路板接收来自信号线的 PWM 控制信号,然后控制电机的转动。电机带动一系列齿轮组,在经过减速传动后,将力量传递到输出舵盘上。舵机的输出轴与位置反馈电位计相连,当舵盘旋转时,位置反馈电位计也会随之变化,向控制电路板输出电压信号进行反馈。控制电路板根据位置反馈信号判断当前位置,并决定电机的转动方向和速度,以实现目标停止。
为了控制舵机,需要使用单片机来生成周期为 20ms 的脉冲信号,并通过控制脉冲的高电平时间在 0.5ms 至 2.5ms 之间来控制舵机的角度。这样,我们可以通过调整 PWM 信号的脉冲宽度来精确控制舵机的位置和运动。
以 SG90,180度版为例,那么对应的控制关系是这样的:
脉冲高电平 | 角度 | 占空比 |
---|---|---|
0.5ms | 0° | 2.5% |
1.0ms | 45° | 5.0% |
1.5ms | 90° | 7.5% |
2.0ms | 135° | 10.0% |
2.5ms | 180° | 12.5% |
4. 编程实战
现在我们就动手,让 SG90 每秒转动一下,0° -> 20° -> 40° -> 100° -> 180° 如此循环。
4.1 硬件接线
本教程使用的硬件如下:
- 单片机:STM32F103C8T6
- 舵机:SG90
- 烧录器:ST-LINK V2
接线如下:
SG90 | STM32 |
---|---|
PWM 信号线(橙色线) | A0 |
VCC(红线) | 3.3/5V |
GND(棕色线) | GND |
烧录的时候接线如下表,如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法】。
ST-Link V2 | STM32 |
---|---|
SWCLK | SWCLK |
SWDIO | SWDIO |
GND | GND |
3.3V | 3V3 |
接好如下图:
我用的是我自己打的板子,上官二号。大家可以用自己的板子,是 STM32F103C8T6 就行。
4.2 舵机初始化
将舵机 PWM 引脚进行一个初始化。
void SG_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; /* PWM引脚 */GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; /* 复用推挽 */GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; /* 低速 */HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); /* 初始化PWM引脚 */
}
4.3 定时器初始化
我们 PWM 引脚接 A0,对应的是定时器2和通道1,以下是初始化代码。
void TIM2_Init(void)
{//PA0 ------> TIM2_CH1TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0}; /* 定时器设置结构体 */TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};htim2.Instance = TIM2; /* 通用定时器2 */htim2.Init.Prescaler = 7199; /* 预分频系数 */htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */htim2.Init.Period = 199; /* 自动装载值 */htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; /* 时钟分频因子 */htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;HAL_TIM_Base_Init(&htim2);sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig);HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig);sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;sConfigOC.Pulse = 0;sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
}void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{if(tim_baseHandle->Instance==TIM2){/* 定时器2时钟使能 */__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();}
}
4.4 舵机控制
已知 PWM 信号的周期为20ms;高电平 0.5ms 指向 0° 位置,2.5ms 指向 180° 位置。如果我们要指向 angle°:
2.5-0.5=2ms,对应于180°
CCRx / (199 + 1) * 20 = 0.5 +(angle / 180)× 2
于是 CCRx =(1.0 / 9.0) * angle + 5.0
void SG_Control(uint16_t angle)
{float CCRx;CCRx =(1.0 / 9.0) * angle + 5.0; //占空比值 = 1/9 * 角度 + 5__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, (uint16_t )CCRx);
}
4.5 主函数
主函数如下:
int main(void)
{HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */delay_init(72); /* 延时初始化 */TIM2_Init(); /* 定时器4初始化 */SG_Init(); /* 舵机初始化 */HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);while(1){SG_Control(0); //舵机旋转到0度HAL_Delay(1000);SG_Control(20); //舵机旋转到20度HAL_Delay(1000);SG_Control(40); //舵机旋转到40度HAL_Delay(1000);SG_Control(100); //舵机旋转到100度HAL_Delay(1000);SG_Control(180); //舵机旋转到180度HAL_Delay(1000);}
}
4.6 运行效果
SG90 每秒转动一下,0° -> 20° -> 40° -> 100° -> 180° 如此循环。
5. 总结
通过了解 SG90 舵机的工作原理和特点,我们可以更好地利用它的潜力,为我们的项目带来更多可能性和创新。无论是初学者还是专业工程师,SG90 舵机都是一个很不错的模块,它可以帮助我们实现精确的位置控制和稳定的运动性能。
希望本文能够让你对 SG90 舵机有更深入的了解,并且能够在你的项目中发挥出它的优势。感谢各位看官,peace and love!
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