基于Proteus单片机仿真的舵机控制设计

动控制系统与装置皇墨皇竺兰竺AUTOMATICCONTRO1SYSTEMSEQUIPMEN基于PROTEUS单片机仿真的舵机控制设计王自珍，殳国华上海交通大学电气工程系，上海200240摘要设计了一种舵机控制系统，由AT89S52单片机输出PWM脉宽调制信号控制舵机，通过按键可以调整舵机动作角度，舵机的动作角度可以实时的在LCD液晶模块上显示。设计的控制及显示部分在PROTEUS软件上进行了仿真和测试，控制稳定可靠。关键词伺服电机；单片机；PWM；PROTEUS；63真D0I103969JISSN10003886201304028中图分类号TP272278文献标志码A文章编号LO003886201304007903SIMULATIONDESIGNOFRUDDERSERVOCONTROLSOLUTIONBASEDONPROTEUSWANGZIZHENSHUGUOHUAELECTRICENGINEERINGDEPARTMENT，SHANGHAIJIAOUNIVERSITY，SHANGHAI200240，CHINAABSTRACTTHISDESIGNISACONTROLSOLUTIONFORRUDDERSERVO，INWHICHTHEMPUOUTPUTSPWMSIGNALTODRIVERTHERUDDERSELWOTHEWANTEDANGLEOFTHERUDDERSERVOCANBESETBYPUSHINGKEYS，ANDTHEACTIONANGLEOFTHERUDDERSELWOCANBEDISPLAYEDONTHELCDMODULETHEDESIGNEDCONTROLANDDISPLAYPARTWERESIMULATEDANDTESTEDWITHSOFTWAREPROTEUS，ANDTHERESULTSWERESTEADYANDRELIABLEKEYWORDSRUDDERSERVO；MPU；PWM；RROTEUS；SIMULATION0引言舵机也称伺服电机，其特点是结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力、成本较低等，是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统，广泛应用于电气自动化工业控制系统特别是机器人机电控制系统中，作为微机电系统和航模基本的输出执行机构。舵机的主要性能取决于最大力矩和工作速度一般是以860度为单位，而且简单的控制和输出使得单片机系统很容易与之接口。运用PROTEUS软件结合KEIL开发工具对设计进行联合实时仿真调试，不但可以减少实验过程损耗，并能尽快排查系统的软硬件错误提高设计效率”J。1系统设计系统以AT89C52单片机为主控制芯片实现对舵机输出转角的控制，产生周期为20MS的PWM控制信号，设置两个按键进行角度从0。到180。步进为45。的可增可减的角度调节，并且通过LM032L液晶显示模块进行舵机角度显示。单片机作为舵机的控制部分，能使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件技术，所以受外界干扰小，整个系统工作可靠。系统运用PROTEUS软件进行仿真调试。系统结构框图如图1。2系统硬件电路设计21舵机标准的舵机有三条引线，分别为电源线、地线GND和控制信号线，如图2所示。舵机的内部有一个基准电路，产生周期为20MS、宽度为15收稿日期20121030MS的基准信号，并将获得的直流偏置电压和电位器的电压比较，获得电压输出。最后，将电压差的正、负输出到电机芯片决定电机的正、反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号也是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。22主控电路图1系统结构框图匦1电源线L医；图2标准舵机引线示意图系统选用AT89C52单片机作为主控芯片，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储技术制造，与工艺80C51产品指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提高灵活、超有效的解决方案。23角度设定和液晶显示本实验利用AT89S52控制单个舵机，开始时舵机角度自转为0。，通过实现两个独立按键实现对舵机角度在0。、45。、90。、135。、180。五种角度上的加减，并在202的LM032L液晶显示模块上显示舵机转角角度。LM032L液晶显示模块集成LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件，引脚可与单片机通用IO口，使用十分方便。24PROTEUS软件仿真电路PROTEUSISIS是目前最好的模拟单片机外围器件的工具可以ELECTRICAIAUTOMATION79电气自动化2013年第35卷第4期图3系统的PROTEUS仿真电路图自动控制系统与装置AUTOMATICCONTROISYSTEMSEQUIPMENTS匦囹E2Z圈圈圈圈图4舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系图5实验程序流程图仿真5L系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外围电路。将系统在仿真软件中搭建，如图3所示。单片机P30为PWM信号输出80ELECTRICALAUTOMATION端接软件自带的虚拟示波器便于观察PWM信号，按键分别接P36和P37，LM032L经上拉电阻接单片机通用I0口。3系统的软件设计单片机控制单个舵机比较简单，利用一个定时器即可。假没仅控制舵机5个角度转动，其控制思路如下只利用一个定时器，定时时间为05MS；定义一个角度标识，数值可以为L，2，3，4，5，实05，1，15，2，25INS高电平的输出；再定义一个变量，数值最大为40，实现周期为20MS。每次进入定时中断，判断此时的角度标识，进行相应的操作。比如此时为5，则进入前5次中断期间，信号输出为高电平，即25INS的高电平；剩下的35次中断期间，信号输出为低电平，即175MS的低电平。这样总的时间是20MS，为一个周期。图4为舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系，其脉冲宽度在05到25MS变化时，舵机输出轴转角在0。到180。变化一。利用PROTEUS与KEIL软件对系统进行软硬件联合仿真调试。KEIL软件是一个支持汇编语言和C语言等高级语言的软件开发平台，本设计的系统程序在此平台上进行开发编译，并与PROTEUS结合对系统实时仿真。实验程序流程图如图5所示。图6角度为0时控制舵机的PWM波图7角度为45度时控制舵机的PWM波2VFDIV00F25MSFDFV2VDIVI1I，25MSDIV自动控制系统与装置皇皇兰竺兰竺塑AUTOMATICCONTROLSYSTEMSEQUIPMENTS2VIDLYNNNT25MSLDIV图8角度为9O度时控制舵机的PWM波2VDIV几厂NF25MSDI、图9角度为135度时控制舵机的PWM波4系统仿真结果PROTEUS软件与KEIL软件联合对系统进行实时仿真，通过按键增加或减少舵机角度，仿真结果如图6，7，8，9，10。虚拟示波器中显示的是单片机输出驱动舵机的PWM波一个周期内的波形，对应的角度显示在液晶显示模块上。R_1NR_1，25MSFDIV图1O角度为180度时控制舵机的PWM波5结束语本设计采用PWM信号控制舵机，实现了角度可设定，角度可显示，电路简单可靠，控制灵活，成本低，可移植性强。系统经实物硬件搭建进行调试，效果良好。通过PROTEUS和KEIL对系统的联合仿真提高了设计效率和可靠性，降低了设计的硬件损耗，为今后舵机的广泛精确地应用提供了一种良好的设计模式。参考文献1王晓明电动机的单片机控制M北京，北京航空航天出版社，20072颜嘉男伺服电机应用技术M北京，科学出版社，20103余永权单片机应用系统的功率接口技术M北京，北京航空航天出版社，19924陈海宴51单片机原理及应用基于KEILC与PROTEUSM北京，科学出版社，20045孙凌燕，黄允千PROTEUS与KEIL软件的整合在单片机实验开发中的应用J实验室研究与探索，2008，27459616伍冯洁，谢斌基于PROTEUS与KEIL的单片机实验教学改革J实验室研究与探索，2009，2871251277郭天祥51单片机C语言教程M北京，电子工业出版社，20088王幸之，钟爱琴AT89系列单片机原理及接口技术M北京，北京航空航天大学出版社，20049康华光电子技术基础第五版M北京，高等教育出版社，2005【作者简介】王自珍1986一，女，河南郸城人，硕士，主要研究方向为嵌入式系统应用。【通信简介】殳国华1954一，男，浙江海宁人，电工电子实验中心主任，副教授，主要研究方向为电工理论与新技术、计算机控制。德国倍福南京办事处开业庆典仪式隆重举行2013年6月2813，德国倍福自动化有限公司南京办事处开业庆典仪式在南京威斯汀酒店隆重举行。倍福在该酒店举行了“2013德国倍福科技自动化技术交流会南京站”，众多倍福的客户代表参加了交流会，并在交流会上踊跃提问发言，现场气氛热烈。国电南瑞科技股份有限公司、南京航空航天大学、南京熊猫集团有限公司等倍福的客户代表出席了当天的庆典仪式。倍福中国区销售总监张松、倍福中国华东区域销售经理兼风电事业部经理马兴凯、倍福中国南京区域销售经理陈永银、倍福中国市场部经理彭捷，以及倍福中国区总部的相关工作人员也到场参加了庆典仪式。倍福南京办事处正式开业，将为南京、乃至周边区域的倍福客户和合作伙伴提供一个更加完善、高效的服务和技术支持平台。从而让更多的江苏客户认知、了解、使用并最终喜欢和认同倍福先进的控制理念和产品，让越来越多的客户能从中享受到科技创新