Управление сервами с МК

Существует несколько основных методов управления сервами с помощью микроконтроллера:

• чисто аппаратная генерация ШИМ с использованием внутреннего ШИМ-генератора микроконтроллера
• программная генерация ШИМ без использования таймера
• программная генерация ШИМ с использованием таймера
• программная генерация ШИМ с использованием таймера и внешних компонент (счетчики, сдвиговые регистры)

Каждый метод имеет свои особенности, достоинства и недостатки. Рассмотрим их подробнее.

Использование аппаратного генератора ШИМ на МК

Самый простой но не всегда подходящий способ управления сервой - задействовать аппаратный ШИМ-контроллер МК. Преимущество такого подхода - нулевая дополнительная вычислительная нагрузка на МК, однако часто это бывает невозможно по одной из следующих причин:

• Слишком много сервоприводов, у МК нет столько встроенных ШИМ-генераторов;
• ШИМ-генераторы уже заняты для управления драйвером двигателей;
• Заняты таймеры на базе которых работают встроенные ШИМ-генераторы;

Программная генерация ШИМ

Часто вместо аппаратного генератора приходится по вышеуказанным причинам делать программную реализацию ШИМ-генератора. Существует несколько подходов к этой задаче, которые будут рассмотрены ниже.

Без использования таймера

Самый простой и наименее приемлимый вариант - сделать основной цикл программы с частотой 50Гц и где-то в этом цикле выдавать в нужный порт 1, потом ждать от 1 до 2мс и после выдавать в этот порт 0.

Достоинства : никаких.

Очевидные недостатки : не всегда основной цикл удобно делать такой длительности и время пока мы ждем никак не используется, а из-за этого мы можем пропустить важные события, как то прием информации через UART или важное прерывание.

С использованием таймера, вариант 1

Наиболее удобным представляется использование таймера для генерации программного ШИМ. Для этого надо повесить прерывание на переполнение счетчика, установить частоту его срабатывания равной частоте дискретизации ШИМ-сигнала (то есть если нам надо 100 возможных положения сервопривода, тогда мы должны попадать в прерывание каждые 1/100мс=10мкс, то есть при частоте 16МГц это каждые 160 тактов). Внутри прерывания обеспечиваем счетчик, который обнуляем каждые 20мс, то есть 20'000*16=320'000 тактов. А теперь в каждые 320 тактов внутри прерывания мы можем управлять 2-3 сервоприводами, вначале мы устанавливаем выходы всех сервоприводов в 1, затем ждем 1мс (160 тактов), затем ждем нужное количество тактов в зависимости от требуемого положения, затем выставляем в порт 0.

Достоинства : возможность управлять большим количеством приводов с использование всего одного таймера.

Недостатки : высокая загрузка процессора, ограниченное разрешение

С использованием таймера, вариант 2

Еще одна схема с использованием таймера основывается на подготовленной заранее таблице из 256 значений порта, которые соответствуют тому, что должно выдаваться на сервопривод. В этом случае вешаем таймер на частоту вызова 1/256мс (16000/256=62.5такта), так же ставим счетчик обнуляемый каждые 20мс и как только он выставился в 0 выдаём в нужный порт 0xFF, ждем 1мс (256 тактов), а потом начинаем выдавать в порт 256 значений, которые мы заранее подготовили.

Достоинства : возможность управлять большим количеством приводов с использование всего одного таймера (при использовании нескольких портов и таблице большего размера).

Недостатки : высокая загрузка процессора, ограниченное разрешение, большой расход памяти