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韦照伟 - 舵机步进电机和矩阵键盘的综合例程

舵机
1.舵机简介
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。
   舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。

2.     其工作原理是：
控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它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，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动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，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。
3.     舵机的控制：
舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：
   0.5ms--------------0度；
   1.0ms------------45度；
   1.5ms------------90度；
   2.0ms-----------135度；
   2.5ms-----------180度；

 

28BYJ48旋转
按照设定方向转动一个固定的角度，28BYJ48型4相8拍电机，当对电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断的转动，当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。4相步进电机可以在不同的脉冲序列下运行，常见的脉冲序列有单相四拍（单相绕组通电）：A-B-C-D-A..，双相四拍（双向绕组通电）：AB-BC-CD-DA-AB...,八拍：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A...。

  1. 技术参数：

                             表2


参数

值

参数

值

电压VDC

12

空载牵入频率
Hz

≥500

直流电阻25°C Ω±7%

85

空载牵出频率
Hz

≥800

步距角

5.625°/64

绝缘耐压
V 1S

600

减速比

1/64

温升 K

≤５５

牵入转矩（100Hz时）
gf.cm

550

噪音 dB

≤４０

自定位转矩
gf.cm

300

驱动方式

四相八拍

连接线长：230mm，采用UL 26AWG  1061的电源线



二：接线示意图                    

 

 

矩阵按键扫描原理

方法一：
逐行扫描：我们可以通过高四位轮流输出低电平来对矩阵键盘进行逐行扫描，当低四位接收到的数据不全为1的时候，说明有按键按下，然后通过接收到的数据是哪一位为0来判断是哪一个按键被按下。
方法二：
行列扫描：我们可以通过高四位全部输出低电平，低四位输出高电平。当接收到的数据，低四位不全为高电平时，说明有按键按下，然后通过接收的数据值，判断是哪一列有按键按下，然后再反过来，高四位输出高电平，低四位输出低电平，然后根据接收到的高四位的值判断是那一行有按键按下，这样就能够确定是哪一个按键按下了。

接线方法及试验现象
本次试验采用的是stm32f103vct6Z作为控制器，键盘采用行列扫描，步进电机采用四相八拍的控制方法。

  1. 将28BYJ-48步进电机的导线插到开发板步进电机1接口处。将舵机的导线插到开发板舵机3接口处。如下图所示：

  1. 将开发板用数据线与电脑连接，然后打开USB下载器，将相应的HEX文件下载到开发板上。

舵机的试验现象为：
按下KEY1：
输出0.5ms的脉冲到舵机，舵机转动0°
按下KEY2：
输出1ms的脉冲到舵机，舵机转动45°
按下KEY3：
输出1.5ms的脉冲到舵机，舵机转动90°
按下KEY4：
输出2ms的脉冲到舵机，舵机转动135°
按下KEY5：
输出2.5ms的脉冲到舵机，舵机转动180°

步进电机的试验现象为：
按下KEY6：步进电机加速旋转
按下KEY7：步进电机减速旋转
按下KEY8：步进电机反向旋转

试验代码：
试验代码分为三部分。第一位主函数main.c,第二部分为key.c和key.h,第三部分为motor.c和motor.h。

1.
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "key.h"
#include "motor.h"

u8 key_num = 0;
u8 dir = 0;
u8 sp=8;
int main(void)
{  
ChipHalInit();          //片内硬件初始化
ChipOutHalInit();       //片外硬件初始化
while (1)    
{
key_num=key();
if(key_num=='1'){
SetSG90(1,1);
}
else if(key_num=='2'){
SetSG90 (1,45);
}
else if(key_num=='3'){
SetSG90(1,90);
}
else if(key_num=='4'){
SetSG90(1,135);
}
else if(key_num=='5'){
SetSG90(1,179);
}
else if(key_num=='6'){
sp++;
SteppingRun4(sp,dir,1);
}
else if(key_num=='7'){
sp--;
SteppingRun4(sp,dir,1);
}
else if(key_num=='8'){
dir=~dir;
SteppingRun4(sp,dir,1);
}

}
}

 

2.key.h

#ifndef _KEY_H_
#define _KEY_H_

#define COLKEY1_H() GPIOC->BSRR=0x00000200
#define COLKEY1_L() GPIOC->BRR=0x00000200
#define COLKEY2_H() GPIOC->BSRR=0x00000400
#define COLKEY2_L() GPIOC->BRR=0x00000400
#define COLKEY3_H() GPIOC->BSRR=0x00000800
#define COLKEY3_L() GPIOC->BRR=0x00000800
#define COLKEY4_H() GPIOC->BSRR=0x00001000
#define COLKEY4_L() GPIOC->BRR=0x00001000

#define ROWKEY1() (GPIOB->IDR & 0x00000400)
#define ROWKEY2() (GPIOB->IDR & 0x00000020)
#define ROWKEY3() (GPIOE->IDR & 0x00000001)
#define ROWKEY4() (GPIOE->IDR & 0x00000002)
u8 key(void);
u8 read_key(void);
#endif

 

Key.c

#include "stm32f10x.h"
#include "key.h"
u8 realkeynum[16][2] =
{
{17,'1'},{33,'2'},{49,'3'},{65,'A'},
{18,'4'},{34,'5'},{50,'6'},{66,'B'},
{19,'7'},{35,'8'},{51,'9'},{67,'C'},
{20,'*'},{36,'0'},{52,'#'},{68,'D'},

};
u8 read_key(void)
{
if(ROWKEY1() == 0)
return 1;
else if(ROWKEY2() == 0)
return 2;
if(ROWKEY3() == 0)
return 3;
if(ROWKEY4() == 0)
return 4;
return 0;
}

u8 key(void)
{
u8 key_return = 0,i;
COLKEY1_L();
COLKEY2_H();
COLKEY3_H();
COLKEY4_H();
if(read_key() > 0)
{
key_return = 0x10 + read_key();
}
COLKEY1_H();
COLKEY2_L();
COLKEY3_H();
COLKEY4_H();
if(read_key() > 0)
{
key_return = 0x20 + read_key();
}
COLKEY1_H();
COLKEY2_L();
COLKEY3_H();
COLKEY4_H();
if(read_key() > 0)
{
key_return = 0x20 + read_key();
}
COLKEY1_H();
COLKEY2_H();
COLKEY3_L();
COLKEY4_H();
if(read_key() > 0)
{
key_return = 0x30 + read_key();
}
COLKEY1_H();
COLKEY2_H();
COLKEY3_H();
COLKEY4_L();
if(read_key() > 0)
{
key_return = 0x40 + read_key();
}
for(i = 0;i < 16;i ++)
{
if(realkeynum[i][0] == key_return)
{
key_return = realkeynum[i][1];
break;
}
}
return key_return;
}

 

Motor.h

#ifndef __MOTOR_H                 
#define __MOTOR_H

#define  MOTOR1A_L()  GPIOB->BRR  = 0x00000002  //PB1
#define  MOTOR1A_H()  GPIOB->BSRR = 0x00000002
#define  MOTOR1B_L()  GPIOE->BRR  = 0x00000080  //PE7
#define  MOTOR1B_H()  GPIOE->BSRR = 0x00000080
#define  MOTOR1C_L()  GPIOE->BRR  = 0x00000100  //PE8
#define  MOTOR1C_H()  GPIOE->BSRR = 0x00000100
#define  MOTOR1D_L()  GPIOE->BRR  = 0x00000200  //PE9
#define  MOTOR1D_H()  GPIOE->BSRR = 0x00000200

void SteppingRun4(u8 sp,u8 dir,u8 en);
void SetSG90(u8 ch,u8 angle);
#endif

 

Motor.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Motor.h"
#include "delay.h"
#include "pwm.h"

//步进电机4驱动 sp-速度，dir-方向 ，en - 使能
//定时执行，执行一次走一步（测试代码为500us执行一次）
void SteppingRun4(u8 sp,u8 dir,u8 en)
{
u16 i = 0;
static u8 flag = 1,sp_delay = 12;
if(en)
{
if(sp > 0 && sp <= 10)
{      

if(sp_delay <= sp)
{  
sp_delay = 12;
if(flag == 1)
{
MOTOR1A_H();
MOTOR1B_L();
MOTOR1C_L();
MOTOR1D_L();
}
else if(flag == 2)
{
MOTOR1A_H();
MOTOR1B_H();
MOTOR1C_L();
MOTOR1D_L();
}
else if(flag == 3)
{
MOTOR1A_L();
MOTOR1B_H();
MOTOR1C_L();
MOTOR1D_L();
}
else if(flag == 4)
{
MOTOR1A_L();
MOTOR1B_H();
MOTOR1C_H();
MOTOR1D_L();
}
else if(flag == 5)
{
MOTOR1A_L();
MOTOR1B_L();
MOTOR1C_H();
MOTOR1D_L();
}         
else if(flag == 6)
{
MOTOR1A_L();
MOTOR1B_L();
MOTOR1C_H();
MOTOR1D_H();
}
else if(flag == 7)
{
MOTOR1A_L();
MOTOR1B_L();
MOTOR1C_L();
MOTOR1D_H();
}
else if(flag == 8)
{
MOTOR1A_H();
MOTOR1B_L();
MOTOR1C_L();
MOTOR1D_H();
}
if(dir == 1)
{
flag ++;
if(flag > 8)
{
flag = 1;
}
}
else
{
flag --;
if(flag < 1)
{
flag = 8;
}
}                       
}
sp_delay--; 
}
}
}

//舵机角度设置 ch-通道数（0-4） angle-角度（0-180）
void SetSG90(u8 ch,u8 angle)
{
if(angle > 180)
{
angle = 180;
}
SetTim4Pwm(ch,angle);
}




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