การเชื่อมต่อเซอร์โวมอเตอร์กับไมโครคอนโทรลเลอร์ avr atmega16

เซอร์โวมอเตอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายในกรณีที่ต้องการการควบคุมที่แม่นยำเช่นหุ่นยนต์เครื่องจักรกลอัตโนมัติแขนหุ่นยนต์เป็นต้นอย่างไรก็ตามขอบเขตของเซอร์โวมอเตอร์ไม่ได้ จำกัด อยู่เพียงเท่านี้และสามารถใช้งานได้หลากหลาย หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นฐานทฤษฎีและหลักการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์ตามลิงค์

ก่อนหน้านี้เราได้เชื่อมต่อ Servo Motor กับไมโครคอนโทรลเลอร์หลายตัว:

การเชื่อมต่อเซอร์โวมอเตอร์กับ ARM7-LPC2148
การเชื่อมต่อเซอร์โวมอเตอร์กับ MSP430G2
การเชื่อมต่อเซอร์โวมอเตอร์กับ STM32F103C8
การเชื่อมต่อเซอร์โวมอเตอร์กับไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC โดยใช้ MPLAB และ XC8
การเชื่อมต่อ Servo Motor กับ Arduino Uno
เซอร์โวมอเตอร์เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051

ในบทช่วยสอนนี้เราจะเชื่อมต่อไมโครเซอร์โวมอเตอร์กับไมโครคอนโทรลเลอร์ Atmega16 AVRโดยใช้ Atmel Studio 7.0 เซอร์โวมอเตอร์ได้รับการจัดอันดับให้ทำงานใน 4.8-6V เราสามารถควบคุมมุมการหมุนและทิศทางของมันได้โดยใช้สัญญาณพัลส์เทรนหรือ PWM โปรดทราบว่าเซอร์โวมอเตอร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้สำหรับการหมุน 360 องศาเต็มรูปแบบดังนั้นจึงใช้ในกรณีที่ไม่จำเป็นต้องหมุนต่อเนื่อง มุมการหมุนคือ 0 -180 องศาหรือ (-90) - (+90) องศา

ส่วนประกอบที่จำเป็น

SG90 Tower Pro ไมโครเซอร์โวมอเตอร์
Atmega16 ไมโครคอนโทรลเลอร์ IC
16Mhz คริสตัลออสซิลเลเตอร์
ตัวเก็บประจุ 100nF สองตัว
ตัวเก็บประจุ 22pF สองตัว
ปุ่มกด
สายจัมเปอร์
เขียงหั่นขนม
USBASP v2.0
LED (สีใดก็ได้)

คำอธิบายพินของเซอร์โวมอเตอร์

สีแดง = แหล่งจ่ายไฟบวก (4.8V ถึง 6V)
สีน้ำตาล = พื้นดิน
สีส้ม = สัญญาณควบคุม (พิน PWM)

แผนภูมิวงจรรวม

เชื่อมต่อทุกองค์ประกอบดังแสดงในแผนภาพด้านล่างเพื่อหมุนเซอร์โวมอเตอร์ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR มีพิน PWM สี่พินเราสามารถใช้พิน PWM ของ Atmega16 ได้ ในบทช่วยสอนนี้เราใช้ Pin PD5 (OC1A) ในการสร้าง PWM PD5 เชื่อมต่อโดยตรงกับสายสีส้มของเซอร์โวมอเตอร์ซึ่งเป็นขาสัญญาณอินพุต เชื่อมต่อไฟ LED สีใดก็ได้สำหรับไฟแสดงสถานะ นอกจากนี้ให้เชื่อมต่อปุ่มกดหนึ่งปุ่มในพินรีเซ็ตเพื่อรีเซ็ต Atmega16 เมื่อจำเป็น เชื่อมต่อ Atmega16 กับวงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัลที่เหมาะสม ระบบทั้งหมดจะใช้พลังงานจากแหล่งจ่าย 5V

การตั้งค่าเสร็จสมบูรณ์จะมีลักษณะดังนี้:

การควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ด้วย AVR ATmega16

เช่นเดียวกับ Stepper Motor เซอร์โวมอเตอร์ไม่จำเป็นต้องมีไดรเวอร์ภายนอกเช่นไดรเวอร์มอเตอร์ ULN2003 หรือ L293D เพียงแค่ PWM ก็เพียงพอแล้วที่จะขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์และการสร้าง PWM จากไมโครคอนโทรลเลอร์ก็ทำได้ง่ายมาก แรงบิดของเซอร์โวมอเตอร์นี้คือ 2.5 กก. / ซม. ดังนั้นหากคุณต้องการแรงบิดที่มากขึ้นเซอร์โวนี้จะไม่เหมาะสม

ดังที่เราทราบว่าเซอร์โวมอเตอร์แสวงหาพัลส์ทุกๆ 20 มิลลิวินาทีและความยาวของพัลส์บวกจะกำหนดมุมการหมุนของเซอร์โวมอเตอร์

ความถี่ที่ต้องการเพื่อให้ได้พัลส์ 20ms คือ 50Hz (f = 1 / T) ดังนั้นสำหรับเซอร์โวมอเตอร์นี้ข้อกำหนดระบุว่าสำหรับ 0 องศาเราต้องการ 0.388ms สำหรับ 90 องศาเราต้องการ 1.264ms และ 180 องศาเราต้องการพัลส์ 2.14ms

ในการสร้างพัลส์ที่ระบุเราจะใช้ Timer1 ของ Atmega16 ความถี่ของ CPU คือ 16Mz แต่เราจะใช้เพียง 1Mhz เนื่องจากเราไม่มีอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์มากนักและไมโครคอนโทรลเลอร์ก็ไม่ได้โหลดมากนักดังนั้น 1Mhz จะทำงานได้ Prescaler ถูกตั้งค่าเป็น 1 ดังนั้นนาฬิกาจะถูกแบ่งเป็น 1Mhz / 1 = 1Mhz (1uS) ซึ่งดีมาก Timer1จะใช้เป็นโหมด Fast PWM เช่นโหมด 14 คุณสามารถใช้โหมดต่างๆของตัวจับเวลาเพื่อสร้างรถไฟชีพจรที่ต้องการ ข้อมูลอ้างอิงได้รับด้านล่างและคุณสามารถค้นหาคำอธิบายเพิ่มเติมได้ในเอกสารข้อมูลทางการของ Atmega16

ในการใช้ Timer1 เป็นโหมดPWM ที่รวดเร็วเราจะต้องมีค่า TOP ของ ICR1 (Input Capture Register1) หากต้องการค้นหาค่า TOP ให้ใช้สูตรที่ระบุด้านล่าง:

f pwm = f cpu / nx (1 + ด้านบน)

สิ่งนี้สามารถทำให้ง่ายขึ้นเพื่อ

TOP = ( f cpu / ( f pwm xn)) - 1

โดยที่ N = มูลค่าของ Prescaler set

f _cpu = ความถี่ของ CPU

f _{pwm =}ความกว้างพัลส์เซอร์โวมอเตอร์ซึ่งเป็น 50Hz

ตอนนี้คำนวณค่า ICR1 เนื่องจากเรามีค่าทั้งหมดที่ต้องการ

N = 1, f _cpu = 1MHz, f _pwm = 50Hz

เพียงใส่ค่าในสูตรด้านบนเราก็จะได้

ICR1 = 2542

ซึ่งหมายความว่าจะบรรลุระดับสูงสุดคือ 180 ⁰ ICR1 ควรเป็น 1999

สำหรับคริสตัล 16MHz และ Prescaler ตั้งค่าเป็น 16 เราจะมี

ICR1 = 4999

ตอนนี้เรามาดูภาพร่างกันดีกว่า

การเขียนโปรแกรม Atmega16 โดยใช้ USBasp

รหัส AVR ที่สมบูรณ์สำหรับการควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ได้รับด้านล่าง รหัสเป็นเรื่องง่ายและสามารถเข้าใจได้ง่าย

ที่นี่เราได้เข้ารหัส ATmega16 เพื่อหมุนเซอร์โวมอเตอร์จาก 0 ⁰ไป 180 ⁰และกลับมาอีกครั้งจาก 180 ⁰ไป 0 0 การเปลี่ยนแปลงนี้จะเสร็จสมบูรณ์ใน 9 ขั้นตอน ได้แก่ 0 - 45 - 90 - 135 - 180 - 135 - 90 - 45 - 0 สำหรับความล่าช้าเราจะใช้ไลบรารีภายในของ Atmel Studio เช่น

เชื่อมต่อ USBASP v2.0 ของคุณและปฏิบัติตามคำแนะนำในการเชื่อมโยงนี้ในการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR ATmega16 ใช้ USBASP และ Atmel สตูดิโอ 7.0 เพียงแค่สร้างร่างและอัปโหลดโดยใช้ toolchain ภายนอก

รหัสที่สมบูรณ์พร้อมวิดีโอสาธิตได้รับด้านล่าง เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเซอร์โวมอเตอร์โดยการรับรู้ความสำคัญใน Robotics